Công nghệ xử lý nước thải bằng ao hồ tự nhiên

- Hồ sinh học (Waste Stabilization Ponds) là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là ao hồ ổn định nước thải.

- Đây là một trong những hình thức lâu đời nhất để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học.

- Hồ sinh học trong xử lý nước thải dùng để xử lý những nguồn thải thứ cấp với cơ chế phân hủy các chất hữu cơ xảy ra một cách tự nhiên.

- Các hoạt động diễn ra trong hồ sinh học là kết quả của sự cộng sinh phức tạp giữa nấm và tảo, giúp ổn định dòng nước và làm giảm các vi sinh vật gây bệnh. Những quá trình này cũng tương tự như quá trình tự làm sạch ở sông hồ tự nhiên.

1. Nguyên tắc hoạt động

Vi sinh vật sử dụng oxy từ rêu tảo trong hóa trình quang hợp cũng như oxy từ không khí để oxy hóa các chất hữu cơ và rong tảo trong hồ lại tiêu thụ CO₂, photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân hủy, oxy hóa các chất hữu cơ của vi sinh vật. Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ pH và nhiệt độ tối ưu, nhiệt độ không được thấp hơn 6^oC. 

Tùy theo quá trình sinh hóa, người ta chia hồ sinh học ra làm nhiều loại hồ: hồ hiếu khí, hồ kỵ khí và hồ tùy tiện. Các quá trình lý học, hóa học bao gồm các hiện tượng pha loãng, lắng, hấp phụ, kết tủa, các phản ứng hóa học.

 - 05 quá trình chính diễn ra trong các ao hồ ổn định nước thải:

+ Giảm thiểu sự biến động về tải lượng nạp chất hữu cơ và lưu lượng nạp nước

+ Lắng các chất rắn lắng được và tạo nên các váng nổi trên bề mặt ao

+ Sự phân hủy các hợp chất hữu cơ do các vi khuẩn hiếu khí hat yếm khí

+ Tiêu diệt các mầm bệnh do tác động hỗ tương của các quy định.

Các ưu điểm và nhược điểm của các loại ao hồ sinh học bao gồm:

Ưu điểm:

- Các loại ao hồ này không cần hoặc cần ít các thiết bị cơ khí để sục khí.

- Không đòi hỏi người vận hành có trình độ cao;

- Bảo trì dễ dàng, có thể chịu được “sốc”, sinh ra bùn ổn định có thể lấy ra định kỳ để sử dụng cho các mục đích nông nghiệp;

- Khả năng loại bỏ BOD cao > 90%, khả năng loại bỏ đạm từ 70%-90%, phôtpho từ 30% - 40%, khả năng tiêu diệt các mầm bệnh cao (trên 99%).

 

Ngoài chức năng xử lý nước thải như trên, hồ sinh học còn có thể sử dụng cho mục đích:

- Nuôi trồng thủy sản. 

- Là nơi tích trữ nguồn nước tưới tiêu cho cây trồng.

- Điều hòa dòng chảy nước mưa trong hệ thống thoát nước đô thị hoặc các khu công nghiệp, khu dân cư.

​- Giúp tạo cảnh quan.

 Ở nước ta hiện này hồ sinh học chiếm vị trí đặc biệt quan trọng trong các biện pháp xử lý nước thải vì có nhiều thuận lợi:

- Không đòi hỏi nhiều vốn đầu tư.

- Xây dựng các ao hồ sinh học tương đối đơn giản, hầu hết các đô thị, các khu dân cư có nhiều ao, hồ hay khu ruộng trũng có thể sử dụng mà không cần cải tạo, xây dựng nhiều.

- Có các điều kiện kết hợp mục đích xử lý nước thải với việc nuôi trồng thủy sản và điều hòa nước mưa.

Khuyết điểm

- Cần sử dụng một diện tích tương đối lớn

- Nước thải đầu ra chứa nhiều tảo

- Thất thoát nước do bốc hơi, có khả năng sinh mùi hôi hay các côn trùng gây bệnh như muỗi, và sự nhạy cảm của tảo đối với các chất có trong nước cống rãnh.

- Phương pháp thiết kế, vận hành và bảo trì các ao ổn định nước thải chủ yếu dựa trên kinh nghiệm.

2. Các loại ao, hồ thường sử dụng để xử lý nước thải

Phân loại	Tên thông dụng	Các đặc điểm	Các ứng dụng
Hiếu khí	Hồ xử lý chậm	Được thiết kế sao cho điều kiện hiếu khí đạt được suốt chiều sâu của ao, hồ	Xử lý chất hữu cơ hòa tan và nước thải đã qua xử lý sơ cấp
	Hồ cao tốc	Được thiết kế để đạt hiệu suất cao	Loại bỏ các dinh dưỡng, chất hữu cơ hòa tan
	Hồ xử lý cấp 3	Giống như hồ xử lý chậm nhưng lưu lượng nạp chất hữu cơ rất thấp.	Xử lý cấp ba nước thải từ hệ thống xử lý thứ cấp để đạt chất lượng cao hơn
Tùy nghi (có thông khí)	Hồ tùy nghi có thông khí	Sâu hơn hồ xử lý cao tốc; thiết bị thông khí và quá trình quang hợp cung cấp ô-xy cho hệ thống ở lớp nước mặt; ở lớp giữa là quá trình yếm khí không bắt buộc, lớp đáy hồ là quá trình yếm khí	Xử lý nước thải qua lọc hoặc chưa qua lọc, nước thải công nghiệp
Tùy nghi (lấy oxy từ tảo)	Hồ tùy nghi	Giống như ở trên nhưng không có thiết bị thông khí	Xử lý nước thải qua lọc hoặc chưa qua lọc, nước thải công nghiệp
Yếm khí	Hồ xử lý yếm khí	Điều kiện yếm khí trong toàn hồ, thường có thêm hồ hiếu khí hoặc tùy nghi để xử lý tiếp nước thải sau giai đoạn yếm khí này.	Xử lý triệt để nước thải đô thị với hiệu suất khử vi sinh vật gây bệnh cao
Yếm khí kết hợp yếm khí - hiếu khí	Hệ thống hồ xử lý	Kết hợp giữa các loại hồ đã nêu trên. Thường có thêm giai đoạn hoàn lưu nước từ hồ hiếu khí sang hồ yếm khí	Xử lý triệt để nước thải đô thị với hiệu suất khử vi sinh vật gây bệnh cao.

(Metcalf & Eddy, 1991)

Hồ hiếu khí 

Hoạt động dựa trên quá trình oxy hóa các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật hiếu khí.Hiện nay người ta phân hồ sinh học hiếu khí thành hai loại:

- Hồ làm thoáng tự nhiên: Ô xy cung cấp cho quá trình ô xy hóa chủ yếu do sự khuyếch tán không khí qua mặt nước và quá trình quang hợp của thực vật nước (rong, tảo,…). Để đảm bảo cho ánh sáng có thể xuyên qua, thì chiều sâu của hồ phải nhỏ, tốt nhất là từ 0,3 - 0,5 m. Sức chứa tiêu chuẩn lấy theo chỉ tiêu BOD vào khoảng 250 - 300 kg/ha/ngày. Thời gian lưu nước trong hồ khoảng 3 - 12 ngày.

Tuy nhiên do độ sâu cần nhỏ, thời gian lưu nước lâu nên diện tích của hồ đòi hỏi phải đủ lớn. Vì thế nó chỉ hợp lý về kinh tế khi kết hợp với việc nuôi trồng thủy sản với chăn nuôi và hồ chứa nước cho công nghiệp.

- Hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo: Loại này nguồn ô xy cung cấp cho quá trình sinh hóa là bằng các thiết vị như bơm khí nén hay máy khuấy cơ học. Do được tiếp khí nhân tạo nên chiều sâu của hồ có thể từ 2 - 4,5 m, sức chứa tiêu chuẩn theo chỉ tiêu BOD khoảng 400 kg/ha/ngày. Thời gian lưu nước trong hồ chỉ cần từ 1 - 3 ngày

- Cấu tạo của hồ:

Các loại hồ sinh học hiếu khí có thể làm một hoặc nhiều bậc, chiều sâu của các bậc sau sâu hơn các bậc phía trước. Thiết bị đưa nước vào hồ phải có cấu tạo thích hợp để phân phối, điều hòa nước trên toàn bộ diện tích hồ. Thông thường, hồ một bậc thường được thiết kế với diện tích 0,5 - 0,7 ha; hồ nhiều bậc thì mỗi bậc 2,25 ha; tùy theo công suất mà có thể xây dựng làm nhiều hồ.

Hồ kỵ khí

Hồ kỵ khí dùng để lắng và phân hủy cặn lắng và phương pháp sinh hóa tự nhiên dựa trên cơ sở sống và hoạt động của vi sinh vật kỵ khí

- Đặc điểm

+ Chuyên xử lý những loại nước thải nhiễm bẩn, nước thải chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao.
+ Trong hồ, các vi khuẩn kỵ khí phá vỡ các hợp chất hữu cơ trong dòng chảy, giái phóng khí CH4 và CO2.

+ Hồ kỵ khí làm giảm hàm lượng N, P, K và các vi sinh vật gây bệnh bằng cách tạo ra bùn và giải phóng NH3 vào không khí.

- Cấu tạo

+ Chiều sâu hồ từ 2,4-3,6m.

+ Hồ thường được thiết kế với 2 ngăn (dự phòng).

+ Thời gian lưu nước về mùa hè là >1,5 ngày còn về mùa đông > 5 ngày.

+ S kỵ khí = 10-20% S hiếu khí.

Hồ tùy tiện

Đặc điểm 

Trong hồ tùy tiện thường xảy ra 2 quá trình song song:

- Oxy hóa hiếu khí

- Phân hủy metan cặn lắng
Khi quá trình hoàn thành, hồ tùy tiện sẽ đáp ứng:

- Tăng cường xử lý dòng thải vào từ xử lý kỵ khí thông qua việc phân chia, phân hủy và tiêu hóa các vật chất hữu cơ.

- Xử lý hiếu khí phá vỡ hầu hết các dạng hữu cơ còn lại ở gần bề mặt hồ.

- Làm giảm số lượng vi sinh vật có khả năng gây bệnh.

Cấu tạo

Hồ có cấu tạo 3 lớp: lớp hiếu khí, lớp trung gian và lớp kỵ khí.

Chiều sâu hồ tùy tiện 0,9-1,5 m. Ở vùng có gió, S hồ lớn còn ở vùng ít gió hồ được thiết kế có nhiều ngăn.

Công ty chúng tôi đã xử lý thành công nước thải của nhiều trại chăn nuôi gia súc, cơ sở giết môt gia súc, gia cầm bằng công nghệ xử lý nước thải bằng ao hồ tự nhiên với chi phí đầu tư thấp.