Hồ sinh học trong xử lý nước thải và ứng dụng trong thực tế

Hồ sinh học trong xử lý nước thải là một trong những giải pháp hiệu quả để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. Để hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động cũng như những ứng dụng thực tế của hồ sinh học, hãy cùng Môi Trường Song Phụng khám phá ngay dưới đây!

Hồ sinh học là gì? Nguyên lý hoạt động

Hồ sinh học (hay còn gọi là ao sinh học, hồ ổn định) là một hệ thống xử lý nước thải nhân tạo, mô phỏng các quá trình tự làm sạch của các thủy vực tự nhiên như ao, hồ. Về cơ bản, đây là một vùng nước được thiết kế và xây dựng để xử lý nước thải thông qua các quá trình sinh học tự nhiên, chủ yếu dựa vào hoạt động của vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, động vật nguyên sinh) và thực vật thủy sinh.

Hồ sinh học thường có diện tích bề mặt lớn và độ sâu tương đối nông, tạo điều kiện thuận lợi cho các quá trình sinh học diễn ra hiệu quả dưới tác động của ánh sáng mặt trời, oxy hòa tan và các yếu tố môi trường khác.

Nguyên lý hoạt động

Khi chất thải đi vào hồ, các loại cặn sẽ bị lắng xuống đay do kích thước lớn hơn trọng lực, các chất hữu cơ còn lại có trong nước thải bị các vi sinh vật hấp thụ.

Ở sát mặt nước tồn tại vi sinh vật hiếu khí, lượng oxy được cung cấp từ quá trình hòa tan từ không khí, lượng oxy nhờ sự quang hợp của tảo sẽ giúp cho quá trình chuyển hóa hiếu khí của các loại vi sinh vật diễn ra nhanh và mạnh mẽ hơn, chất hữu cơ cũng được phân hủy thành sinh khối như CO2, muối nitorat, nitorit,…

Bên cạnh đó, hợp chất Nitơ (n), P được tảo sử dụng vào trong quá trình quang hợp sẽ giải phóng oxy, cung cấp một lượng lớn oxy cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ của vi khuẩn. Vi khuẩn hiếu khí và tảo sẽ cùng nhau tạo ra một vòng tròn khép kín để chuyển hóa vật chất. Tuy nhiên, nếu nước thải chứa đậm đặc chất hữu cơ, tảo có thể chuyển từ hình thức tự lưỡng sang hình thức dị lưỡng và tham gia vào quá trình oxy hóa chất hữu cơ.

Cấu tạo chung của hồ sinh học trong xử lý nước thải

Hồ sinh học trong xử lý nước thải thường gồm có cấu tạo 3 lớp: Lớp hiếu khí, lớp trung gian và lớp kỵ khí. Với hồ tùy nghi, chiều sâu của hồ thường từ 0,9 – 1,5m. Với những khu vực có gió, diện tích của hồ sẽ lớn hơn còn ở vùng ít gió, hồ được xây nhiều ngăn.

Phân loại hồ sinh học trong xử lý nước thải

Hồ kỵ khí

Hồ kỵ khí là một dạng hồ sinh học được thiết kế để xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao. Hệ thống này hoạt động trong điều kiện không có oxy, nơi vi sinh vật kỵ khí phân hủy các hợp chất hữu cơ thành khí methane, carbon dioxide và các sản phẩm phụ khác.

Về đặc điểm: 

Các vi khuẩn kỵ khí sau khi phá vỡ hợp chất hữu cơ trong nước thải sẽ giải phóng CH4 và CO2. Hồ này sẽ tạo ra bùn và giải phóng NH3, từ đó làm giảm hàm lượng N, P, K và các vi sinh vật gây bệnh,…

Hồ kỵ khí hoạt động tốt trong điều kiện khí hậu ấm và thường có độ sâu lớn hơn (khoảng 2-5 mét) để hạn chế sự xâm nhập của oxy từ khí quyển và ánh sáng mặt trời, tạo điều kiện cho vi khuẩn kỵ khí phát triển mạnh mẽ.

>>> Tìm đọc thêm: Các công nghệ xử lý nước thải sản xuất bún hiện đại và tiết kiệm

Hồ tùy nghi

Đây là loại hồ phổ biến nhất và đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý các chất hữu cơ còn lại sau hồ kỵ khí (nếu có) và các chất hữu cơ có nồng độ trung bình. Hồ tùy tiện có cả vùng hiếu khí (lớp nước mặt) và vùng kỵ khí (lớp bùn đáy), tạo điều kiện cho nhiều loại vi sinh vật hoạt động.

Đặc điểm:

Hồ tùy nghi có cấu tạo 3 lớp: lớp hiếu khí, lớp trung gian và lớp kỵ khí. Chất hữu cơ trong dòng chảy từ hồ kỵ khí sau khi vào hồ tùy nghi sẽ chuyển hóa thành CO2. Tảo sống trong hồ dưới ánh nắng mặt trời sẽ sản sinh ra lượng lớn oxy và được vi khuẩn sử dụng oxy này để phá vỡ các hợp chất hữu cơ có trong dòng thải.

Quá trình quang hợp của tảo trong hồ tùy tiện tạo nên sự thay đổi nồng độ oxy hòa tan tùy vào các thời điểm trong ngày. Trong đó, hiếu khí vào lúc bức xạ mặt trời cao nhất và kỵ khí vào lúc mặt trời mọc.

Hồ hiếu khí

Hồ hiếu khí được chia làm 2 loại: Hồ hiếu khí làm thoáng tự nhiên và hồ hiếu khí làm thoáng nhân tạo. Hồ hiếu khí chủ yếu được sử dụng để loại bỏ các chất dinh dưỡng (nitơ, photpho) và tiêu diệt các vi khuẩn gây bệnh còn sót lại sau các giai đoạn xử lý trước.

Đặc điểm: Hồ này được thiết kế để tạo môi trường hiếu khí hoàn toàn, thường có độ sâu nông hơn (dưới 1 mét) để ánh sáng mặt trời có thể xuyên suốt và thúc đẩy quá trình quang hợp của tảo. Hồ hoạt động bằng cách tạo bùn hoạt tính từ vi sinh vật và vi khuẩn sử dụng chất hữu cơ trong nước thải. Một lượng bùn lắng xuống được tuần hoàn lại để duy trì nồng độ vi sinh vật, từ đó tăng hiệu quả xử lý nước thải.

>>> Tham khảo thêm: Quy trình xử lý nước thải nhà máy giấy đạt tiêu chuẩn môi trường Việt Nam

Hồ sinh học có thực vật thủy sinh

Nhóm thực vật thủy sinh trong hồ sinh học gồm 3 nhóm:

• Nhóm thực vật thuỷ sinh ngập nước: Bao gồm các loại như rong Hydrilla Verticillata, Ceratophyllum… có vai trò lớn trong việc cung cấp oxy để vi khuẩn tham gia phân hủy chất hữu cơ.
• Nhóm thực vật trôi nổi: Bao gồm các loại bèo như bèo lục bình, bèo Nhật Bản (Eichhorinia crassipes), spirodella, lema. Nhóm thực vật này phát triển trên bề mặt nước gồm phần lá và phần thân mềm, chúng nhận các chất dinh dưỡng có trong nước sau đó chuyển lên lá để thực hiện quá trình quang hợp.
• Thực vật nửa ngập nước: Loại này có rễ bám sâu vào đất nhưng phần lá và thân lại phát triển trên mặt nước.

Thiết kế, vận hành và bảo trì hồ sinh học trong xử lý nước thải

Thiết kế hồ sinh học

Kích thước của hồ sinh học dựa trên nhiều yếu tố như: khí hậu, thời gian lưu. Độ sâu của ao thường từ 1m-2m đối với ao hiếu khí và lên đến 5m với ao kỵ khí. Hình dạng của hồ thường được thiết kế theo hình chữ nhật hoặc không đều.

Vận hành ao 

Quá trình vận hành hồ sinh học bao gồm ba giai đoạn chính:

• Dẫn dòng nước thải vào: Nước thải được dẫn vào hồ với lưu lượng phù hợp để tạo điều kiện lý tưởng cho vi sinh vật hoạt động. Hệ thống có thể bao gồm nhiều ngăn để phân loại và xử lý từng loại chất ô nhiễm.
• Lưu giữ và xử lý nước thải: Đây là giai đoạn quan trọng nhất, nơi vi sinh vật và tảo hoạt động mạnh mẽ để phân hủy chất hữu cơ. Trong thời gian lưu giữ, các quá trình như oxy hóa sinh học, lắng đọng và phân hủy diễn ra, giúp nước thải dần trở nên sạch hơn.
•  Dòng chảy ra của nước đã xử lý: Sau khi đạt thời gian lưu thích hợp, nước thải đã qua xử lý sẽ được xả ra môi trường. Trước khi thải, nước được kiểm tra để đảm bảo đạt các tiêu chuẩn an toàn theo quy định.

Hướng dẫn bảo trì hồ sinh học

Hồ sinh học là một giải pháp xử lý nước thải thân thiện với môi trường, có chi phí vận hành thấp. Tuy nhiên, để hệ thống hoạt động ổn định và đạt hiệu quả cao, việc bảo trì định kỳ là rất quan trọng. Dưới đây là hướng dẫn chi tiết để bạn duy trì hồ sinh học một cách tốt nhất.

• Mực nước trong hồ: Giữ mực nước ổn định giúp duy trì hệ vi sinh hoạt động tốt. Nếu nước bị thất thoát hoặc cạn kiệt do bốc hơi, cần bổ sung kịp thời để tránh ảnh hưởng đến quá trình xử lý.
• Màu sắc nước trong hồ: Màu nước có thể phản ánh tình trạng của hồ chẳng hạn như nước có màu xanh lục nhẹ có nghĩa là hệ vi sinh và tảo phát triển tốt, hay nếu có màu nâu đậm hoặc đen thì có thể hồ bị thiếu oxy hoặc vi sinh vật bị suy yếu.
• Mùi của nước thải: Hồ sinh học hoạt động bình thường thường có mùi nhẹ hoặc không mùi. Nếu phát hiện mùi hôi thối, có thể là dấu hiệu của quá trình phân hủy kỵ khí, cần kiểm tra ngay.
• Lượng bùn tích tụ: Bùn là sản phẩm của quá trình xử lý nước thải, tích tụ lâu ngày có thể làm giảm thể tích hồ và gây mất oxy trong nước. Cần loại bỏ bùn định kỳ để duy trì hiệu suất xử lý.

>>> Đọc hiểu thêm: Công nghệ xử lý nước thải gia công cơ khí tiên tiến nhất hiện nay

Ưu điểm và hạn chế của hồ sinh học trong xử lý nước thải

Ưu điểm hồ sinh học trong xử lý nước thải

Hồ sinh học trong xử lý nước thải được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải vì phương pháp này mang đến rất nhiều ưu điểm.

• Chi phí đầu tư và vận hành thấp, nhu cầu về năng lượng (điện) thường rất ít hoặc không có, chủ yếu dựa vào các quá trình tự nhiên.
• Dễ dàng xây dựng và bảo trì. Việc bảo trì thường chỉ bao gồm kiểm tra định kỳ, loại bỏ thực vật dại và bùn tích tụ sau một thời gian dài.
• Hiệu quả xử lý các chất hữu cơ và chất dinh dưỡng tốt.
• Thân thiện với môi trường do hồ sinh học ít sử dụng hóa chất và tiêu thụ năng lượng, góp phần giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.
• Tạo cảnh quan và cung cấp môi trường sống cho nhiều loài thực vật và động vật thủy sinh, tăng tính đa dạng sinh học.

Nhược điểm của hồ sinh học trong xử lý nước thải

• Yêu cầu diện tích đất lớn, điều này sẽ là hạn chế lớn đối với những khu vực đông dân cư hoặc ở những nơi có giá trị đất cao.
• Hiệu quả xử lý phụ thuộc vào điều kiện khí hậu: Nhiệt độ, ánh sáng mặt trời và lượng mưa…
• Thời gian xử lý dài: So với các hệ thống xử lý nhanh, hồ sinh học cần thời gian lưu nước dài hơn để đạt được hiệu quả xử lý mong muốn.

Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải

Hồ sinh học là một giải pháp xử lý nước thải thân thiện với môi trường, hoạt động dựa trên quá trình phân hủy sinh học của vi sinh vật. Hệ thống này có chi phí vận hành thấp, hiệu suất ổn định và ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau.

• Xử lý nước thải sinh hoạt: Hồ sinh học thường được sử dụng để xử lý nước thải từ khu dân cư, trường học, bệnh viện nhỏ. Nhờ cơ chế xử lý tự nhiên, hồ giúp loại bỏ các chất ô nhiễm mà không cần sử dụng nhiều hóa chất. Đặc biệt, tại các khu đô thị mới, vùng nông thôn có quỹ đất rộng, hệ thống hồ sinh học là một lựa chọn tiết kiệm chi phí và hiệu quả.
• Xử lý nước thải công nghiệp: Một số ngành công nghiệp có nước thải chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy, như ngành thực phẩm, đồ uống và chế biến nông sản, thường áp dụng hệ thống hồ sinh học. Phương pháp này giúp giảm tải ô nhiễm môi trường mà vẫn đảm bảo tuân thủ các quy định về xử lý nước thải.
• Ứng dụng trong nông nghiệp: Trong lĩnh vực nông nghiệp, hồ sinh học được sử dụng để xử lý nước thải từ chăn nuôi và nuôi trồng thủy sản. Việc áp dụng hệ thống này không chỉ giúp kiểm soát ô nhiễm mà còn góp phần bảo vệ nguồn nước tự nhiên, giảm tác động tiêu cực đến môi trường xung quanh.

Ứng dụng hồ sinh học trong xử lý nước thải mang đến nhiều ưu điểm, không chỉ có hiệu quả trong việc xử lý các loại nước thải mà phương pháp này còn giúp tiết kiệm chi phí, thân thiện với môi trường. Hy vọng thông qua bài viết này, bạn sẽ hiểu rõ hơn về nguyên lý hoạt động và những ứng dụng cụ thể của hồ sinh học trong xử lý nước thải. Nếu còn thắc mắc nào khác, hãy liên hệ với Môi Trường Song Phụng để được tư vấn!

>>> Dịch vụ dành cho bạn: Quy trình dịch vụ kiểm tra đền UV hoạt động chuyên nghiệp và chính xác