Bể lọc sinh học là gì? Cấu tạo, phân loại, nguyên lý hoạt động

Nước thải là một vấn đề nghiêm trọng đối với môi trường và sức khỏe con người. Việc xử lý nước thải một cách an toàn và hiệu quả là một nhu cầu thiết yếu. Trong số các phương pháp xử lý nước thải, bể lọc sinh học là một giải pháp tự nhiên và hiệu quả. Bài viết này sẽ giới thiệu về bể lọc sinh học là gì, phân loại, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của nó trong thực tế.

Bể lọc sinh học – Định nghĩa và công dụng

Bể lọc sinh học là một thiết bị xử lý nước thải bằng cách sử dụng vi sinh vật để phân hủy chất hữu cơ và các chất ô nhiễm khác trong nước thải. Bể lọc sinh học có thể xử lý nước thải từ các nguồn khác nhau, như nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải chăn nuôi, nước thải nông nghiệp, v.v.

Bể lọc sinh học có công dụng là giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải, như BOD (Nhu cầu oxy sinh học), COD (Nhu cầu oxy hóa học), TSS (Chất rắn lơ lửng), TN (Tổng nitơ), TP (Tổng phốt pho), NH4+ (Amoni), NO3- (Nitrat), PO43- (Phốt phát), v.v. Bể lọc sinh học cũng có thể cải thiện chất lượng nước sạch, giảm mùi hôi, giảm lượng bùn sinh ra và tiết kiệm chi phí xử lý.

Các thành phần cơ bản của bể lọc sinh học

Bể lọc sinh học có cấu tạo đơn giản, gồm các thành phần cơ bản sau:

• Thân bể: Là phần chứa nước thải và vật liệu lọc. Thân bể có thể làm bằng bê tông, thép, nhựa, gỗ, v.v. Thân bể có thể có hình trụ, hình hộp, hình chữ nhật, hình bầu dục, v.v. Thân bể có thể có nắp đậy hoặc không, tùy theo loại bể lọc sinh học.
• Vật liệu lọc: Là phần chính của bể lọc sinh học, nơi sinh sống của vi sinh vật. Vật liệu lọc có thể làm bằng đá, sỏi, cát, than hoạt tính, nhựa, gốm, v.v. Vật liệu lọc có thể có kích thước, hình dạng, độ xốp, độ bền khác nhau, tùy theo loại bể lọc sinh học.
• Hệ thống cấp nước: Là phần cung cấp nước thải vào bể lọc sinh học. Hệ thống cấp nước có thể bao gồm bơm, ống dẫn, van, đầu phun, v.v. Hệ thống cấp nước có thể cấp nước thải theo chiều ngang, chiều dọc, chiều lên, chiều xuống, tùy theo loại bể lọc sinh học.
• Hệ thống thu nước: Là phần thu hồi nước sạch sau khi qua bể lọc sinh học. Hệ thống thu nước có thể bao gồm ống thoát, rãnh thoát, hố ga, v.v. Hệ thống thu nước có thể thu nước sạch theo chiều ngang, chiều dọc, chiều lên, chiều xuống, tùy theo loại bể lọc sinh học.
• Hệ thống cấp khí: Là phần cung cấp oxy cho vi sinh vật trong bể lọc sinh học. Hệ thống cấp khí có thể bao gồm quạt, máy nén, ống khí, đầu phun khí, v.v. Hệ thống cấp khí có thể cấp khí theo chiều ngang, chiều dọc, chiều lên, chiều xuống, tùy theo loại bể lọc sinh học.
• Cống thoát nước: Là phần thoát nước thừa và tróc màng ra khỏi bể lọc sinh học. Cống thoát nước có thể bao gồm ống thoát, rãnh thoát, hố ga, v.v. Cống thoát nước có thể thoát nước theo chiều ngang, chiều dọc, chiều lên, chiều xuống, tùy theo loại bể lọc sinh học.

Các loại bể lọc sinh học phổ biến trong thực tế

Trong thực tế, có nhiều loại bể lọc sinh học được sử dụng để xử lý nước thải, tùy theo nhu cầu và điều kiện của từng đối tượng. Các loại bể lọc sinh học phổ biến có thể kể đến như sau:

Bể lọc sinh học vận tốc chậm – Ưu điểm và nhược điểm

Bể lọc sinh học vận tốc chậm là loại bể lọc sinh học có vận tốc dòng chảy nước thải vào bể lọc từ 0,1 đến 0,3 m/h. Bể lọc sinh học vận tốc chậm có thể xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp, như nước thải sinh hoạt, nước thải nông nghiệp, v.v.

Bể lọc sinh học vận tốc chậm có ưu điểm là có hiệu suất xử lý cao, có thể giảm BOD lên đến 90%, COD lên đến 80%, TSS lên đến 95%, TN lên đến 70%, TP lên đến 50%. Bể lọc sinh học vận tốc chậm cũng có chi phí đầu tư và vận hành thấp, không cần cấp khí, không gây mùi hôi, không cần bảo trì thường xuyên.

Bể lọc sinh học vận tốc chậm có nhược điểm là có diện tích đất chiếm dụng lớn, có thể lên đến 1 m2/m3 nước thải. Bể lọc sinh học vận tốc chậm cũng có thời gian xử lý dài, có thể lên đến 24 giờ. Bể lọc sinh học vận tốc chậm cũng có khả năng xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm cao hạn chế, không thể xử lý nước thải có nhiệt độ thấp, có độ pH không ổn định, có chất độc hại.

Bể lọc sinh học vận tốc trung bình và nhanh – Cải tiến và ứng dụng

Bể lọc sinh học vận tốc trung bình và nhanh là loại bể lọc sinh học có vận tốc dòng chảy nước thải vào bể lọc từ 0,3 đến 1,2 m/h. Bể lọc sinh học vận tốc trung bình và nhanh có thể xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm trung bình, như nước thải công nghiệp, nước thải chăn nuôi, v.v.

Bể lọc sinh học vận tốc trung bình và nhanh có ưu điểm là có diện tích đất chiếm dụng nhỏ hơn bể lọc sinh học vận tốc chậm, có thể chỉ cần 0,2 đến 0,5 m2/m3 nước thải. Bể lọc sinh học vận tốc trung bình và nhanh cũng có thời gian xử lý ngắn hơn, có thể chỉ cần 6 đến 12 giờ. Bể lọc sinh học vận tốc trung bình và nhanh cũng có khả năng xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm cao hơn, có thể xử lý nước thải có nhiệt độ thấp, có độ pH không ổn định, có chất độc hại.

Bể lọc sinh học vận tốc trung bình và nhanh có nhược điểm là có hiệu suất xử lý thấp hơn bể lọc sinh học vận tốc chậm, có thể chỉ giảm BOD từ 60% đến 80%, COD từ 50% đến 70%, TSS từ 80% đến 90%, TN từ 50% đến 60%, TP từ 30% đến 40%. Bể lọc sinh học vận tốc trung bình và nhanh cũng có chi phí đầu tư và vận hành cao hơn, cần cấp khí, có thể gây mùi hôi, cần bảo trì thường xuyên.

Bể lọc sinh học cao tốc – Đột phá và tiềm năng

Bể lọc sinh học cao tốc là loại bể lọc sinh học có vận tốc dòng chảy nước thải vào bể lọc từ 1,2 đến 2,4 m/h. Bể lọc sinh học cao tốc có thể xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm cao, như nước thải công nghiệp, nước thải chăn nuôi, v.v.

Bể lọc sinh học cao tốc có ưu điểm là có diện tích đất chiếm dụng rất nhỏ, có thể chỉ cần 0,05 đến 0,1 m2/m3 nước thải. Bể lọc sinh học cao tốc cũng có thời gian xử lý rất ngắn, có thể chỉ cần 2 đến 4 giờ. Bể lọc sinh học cao tốc cũng có khả năng xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm rất cao, có thể xử lý nước thải có nhiệt độ thấp, có độ pH không ổn định, có chất độc hại.

Bể lọc sinh học cao tốc có nhược điểm là có hiệu suất xử lý thấp nhất trong các loại bể lọc sinh học, có thể chỉ giảm BOD từ 40% đến 60%, COD từ 30% đến 50%, TSS từ 60% đến 80%, TN từ 30% đến 40%, TP từ 10% đến 20%. Bể lọc sinh học cao tốc cũng có chi phí đầu tư và vận hành cao nhất, cần cấp khí nhiều, có thể gây mùi hôi, cần bảo trì thường xuyên.

Bể lọc sinh học thô – Đơn giản và hiệu quả

Bể lọc sinh học thô là loại bể lọc sinh học có vận tốc dòng chảy nước thải vào bể lọc từ 1,6 đến 2,4 m/h. Bể lọc sinh học thô có thể xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm cao, như nước thải công nghiệp, nước thải chăn nuôi, v.v.

Bể lọc sinh học thô có ưu điểm là có cấu tạo đơn giản, không cần cấp khí, không gây mùi hôi, không cần bảo trì thường xuyên. Bể lọc sinh học thô cũng có hiệu suất xử lý khá cao, có thể giảm BOD từ 70% đến 90%, COD từ 60% đến 80%, TSS từ 90% đến 95%, TN từ 60% đến 70%, TP từ 40% đến 50%. Bể lọc sinh học thô cũng có chi phí đầu tư và vận hành thấp, tiết kiệm năng lượng và nguyên vật liệu.

Bể lọc sinh học thô có nhược điểm là có diện tích đất chiếm dụng lớn, có thể lên đến 0,8 đến 1,2 m2/m3 nước thải. Bể lọc sinh học thô cũng có thời gian xử lý dài, có thể lên đến 12 đến 24 giờ. Bể lọc sinh học thô cũng có khả năng xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm cao hạn chế, không thể xử lý nước thải có nhiệt độ thấp, có độ pH không ổn định, có chất độc hại.

Bể lọc hai pha – Kết hợp và tối ưu

Bể lọc hai pha là loại bể lọc sinh học kết hợp hai loại bể lọc sinh học khác nhau, thường là bể lọc sinh học vận tốc chậm và bể lọc sinh học vận tốc trung bình hoặc nhanh. Bể lọc hai pha có thể xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm cao, như nước thải công nghiệp, nước thải chăn nuôi, v.v.

Bể lọc hai pha có ưu điểm là có hiệu suất xử lý cao nhất trong các loại bể lọc sinh học, có thể giảm BOD lên đến 95%, COD lên đến 90%, TSS lên đến 98%, TN lên đến 80%, TP lên đến 60%. Bể lọc hai pha cũng có diện tích đất chiếm dụng nhỏ hơn bể lọc sinh học vận tốc chậm, có thể chỉ cần 0,3 đến 0,6 m2/m3 nước thải. Bể lọc hai pha cũng có thời gian xử lý ngắn hơn, có thể chỉ cần 8 đến 16 giờ. Bể lọc hai pha cũng có khả năng xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm cao hơn, có thể xử lý nước thải có nhiệt độ thấp, có độ pH không ổn định, có chất độc hại.

Bể lọc hai pha có nhược điểm là có cấu tạo phức tạp, cần cấp khí, có thể gây mùi hôi, cần bảo trì thường xuyên. Bể lọc hai pha cũng có chi phí đầu tư và vận hành cao hơn các loại bể lọc sinh học khác.

Nguyên lý hoạt động của bể lọc sinh học

Bể lọc sinh học hoạt động dựa vào sự sinh trưởng và hoạt động của các vi sinh vật cố định trên lớp vật liệu lọc. Các vi sinh vật này sẽ tiêu thụ chất hữu cơ và các chất ô nhiễm khác trong nước thải, qua các quá trình sinh học như phân hủy, nitrat hóa, phốt phát hóa, v.v. Quá trình này giúp loại bỏ các chất ô nhiễm ra khỏi nước thải, cải thiện chất lượng nước thải.

Quá trình hoạt động của bể lọc sinh học có thể được mô tả như sau:

Quá trình phân hủy

Quá trình phân hủy là quá trình mà các vi sinh vật trong màng sinh học sử dụng chất hữu cơ trong nước thải làm thức ăn và sinh trưởng, phát triển. Quá trình này giúp giảm nồng độ chất hữu cơ trong nước thải, đồng thời tạo ra các sản phẩm như CO2, H2O, NH3, NO3, PO4, v.v.

Quá trình phân hủy có thể được chia thành hai giai đoạn: phân hủy kị khí và phân hủy khí. Phân hủy kị khí là quá trình mà các vi sinh vật thiếu oxy hoặc không có oxy phân hủy chất hữu cơ, tạo ra các sản phẩm như CH4, H2S, NH3, v.v. Phân hủy khí là quá trình mà các vi sinh vật có oxy phân hủy chất hữu cơ, tạo ra các sản phẩm như CO2, H2O, NO3, PO4, v.v.

Bể lọc hai pha – Kết hợp và tối ưu

Bể lọc hai pha là loại bể lọc sinh học kết hợp hai loại bể lọc sinh học khác nhau, thường là bể lọc sinh học vận tốc chậm và bể lọc sinh học vận tốc trung bình hoặc nhanh. Bể lọc hai pha có thể xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm cao, như nước thải công nghiệp, nước thải chăn nuôi, v.v.

Bể lọc hai pha có ưu điểm là có hiệu suất xử lý cao nhất trong các loại bể lọc sinh học, có thể giảm BOD lên đến 95%, COD lên đến 90%, TSS lên đến 98%, TN lên đến 80%, TP lên đến 60%. Bể lọc hai pha cũng có diện tích đất chiếm dụng nhỏ hơn bể lọc sinh học vận tốc chậm, có thể chỉ cần 0,3 đến 0,6 m2/m3 nước thải. Bể lọc hai pha cũng có thời gian xử lý ngắn hơn, có thể chỉ cần 8 đến 16 giờ. Bể lọc hai pha cũng có khả năng xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm cao hơn, có thể xử lý nước thải có nhiệt độ thấp, có độ pH không ổn định, có chất độc hại.

Bể lọc hai pha có nhược điểm là có cấu tạo phức tạp, cần cấp khí, có thể gây mùi hôi, cần bảo trì thường xuyên. Bể lọc hai pha cũng có chi phí đầu tư và vận hành cao hơn các loại bể lọc sinh học khác.

Xem thêm: [Tổng hợp] 9 Bể xử lý nước thải được sử dụng phổ biến hiện nay

Kết luận

Bể lọc sinh học là một thiết bị xử lý nước thải bằng cách sử dụng vi sinh vật để phân hủy chất hữu cơ và các chất ô nhiễm khác trong nước thải. Bể lọc sinh học có nhiều loại khác nhau, tùy theo vận tốc dòng chảy nước thải, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của nó. Bể lọc sinh học có ưu điểm là có hiệu suất xử lý cao, tiết kiệm chi phí, thân thiện với môi trường. Bể lọc sinh học có nhược điểm là có diện tích đất chiếm dụng lớn, cần cấp khí, có thể gây mùi hôi, cần bảo trì thường xuyên.

Bể lọc sinh học có thể ứng dụng trong nhiều lĩnh vực và đối tượng, như xử lý nước thải sinh hoạt, công nghiệp, chăn nuôi, nông nghiệp, v.v. Bể lọc sinh học cũng có thể tái sử dụng nước thải sau khi xử lý để sử dụng cho các mục đích khác, như tưới cây, rửa xe, xả nhà vệ sinh, v.v.

Bể lọc sinh học là một giải pháp xử lý nước thải hiệu quả, tiết kiệm và thân thiện với môi trường. Bể lọc sinh học đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ nguồn nước, đất đai và sức khỏe con người. Bể lọc sinh học cần được nghiên cứu và phát triển thêm để tăng cường khả năng xử lý nước thải và giảm thiểu tác động tiêu cực đến môi trường.

Tôi hy vọng những nội dung này sẽ hữu ích cho bạn. Nếu bạn có câu hỏi gì khác, xin vui lòng để lại lời nhắn. Chúng tôi luôn sẵn sàng giúp đỡ bạn. 😊