Mục đích yêu cầu của đề tài
Bài viết đánh giá khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp sinh học bám dính hiếu khí Nghiên cứu sử dụng giá thể là xơ dừa và dây cước nhựa bó lại, có đường kính 2,5 mm và chiều cao 15 mm Kết quả cho thấy phương pháp này hiệu quả trong việc cải thiện chất lượng nước thải, góp phần bảo vệ môi trường.
Nội dung nghiên cứu
Tiến hành phân tích các chỉ tiêu đầu vào của nước thải sinh hoạt sau khi lấy từ chung cư Ngô Tất Tố, phường 25, quận Bình Thạnh.
Tiến hành chạy mô hình thí nghiệm để phân tích các chỉ tiêu đầu ra với nhiều chế độ thủy lực khác nhau, nhằm xác định khoảng nồng độ xử lý tối ưu cho từng loại giá thể nghiên cứu Bên cạnh đó, cung cấp số liệu cho thấy khả năng xử lý của giá thể đối với nước thải sinh hoạt.
Phương pháp nghiên cứu
Xây dựng mô hình mô phỏng bể xử lý với kích thước nhỏ đặt trong phòng thí nghiệm.
Vận hành mô hình mô phỏng với giá thể là xơ dừa và cước nhựa theo các chế độ tải trọng khác nhau.
Kiểm nghiệm các đặc tính ô nhiễm của nước thải trước và sau khi xử lý là cần thiết để đánh giá hiệu quả của quá trình xử lý Các chỉ tiêu quan trọng cần kiểm tra định kỳ bao gồm COD, pH và SS.
TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT 2.1 Tổng quan vể nước thải sinh hoạt
Khái quát về hiện trạng nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích như tắm, giặt giũ và vệ sinh cá nhân, thường phát sinh từ các hộ gia đình, cơ quan, trường học, bệnh viện và các công trình công cộng Lượng nước thải sinh hoạt ở mỗi khu dân cư phụ thuộc vào dân số, tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm hệ thống thoát nước Tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt ở các khu đô thị thường dao động từ 100 đến 250 l/người/ngày đêm cho các nước đang phát triển và từ 150 đến 500 l/người/ngày đêm cho các nước phát triển Tại Việt Nam, tiêu chuẩn cấp nước hiện nay khoảng 120 đến 180 l/người/ngày đêm ở khu vực đô thị và từ 50 đến 100 l/người/ngày đêm ở nông thôn, với tiêu chuẩn nước thải sinh hoạt thường đạt 80 đến 100% tiêu chuẩn nước cấp Nước thải sinh hoạt từ các trung tâm thường được thoát qua hệ thống dẫn ra sông rạch, trong khi ở vùng ngoại thành và nông thôn, nước thải thường được thoát tự nhiên vào ao hồ hoặc qua các biện pháp tự thấm Lượng nước thải sinh hoạt cũng phụ thuộc vào điều kiện trang thiết bị vệ sinh, khí hậu và thói quen sinh hoạt của người dân.
Bảng 2.1: Tải trọng chất bẩn theo đầu người
Chổ tieõu chaỏt oõ nhiễm Hệ số phát thải
Các quốc gia gần Theo tiêu chuẩn gũi với Việt Nam Việt Nam (TCXD-51-
Những ảnh hưởng của nước thải sinh hoạt đến đời sống của con người 1 Đến môi trường tự nhiên
2.1.2.1 Đến môi trường tự nhiên
Nước thải sinh hoạt gay ra sự ô nhiễm môi trường tự nhiên do các thành phần ô nhiễm:
COD và BOD là chỉ số quan trọng trong việc đánh giá sự khoáng hóa và ổn định chất hữu cơ trong nước Khi tiêu thụ một lượng lớn chất hữu cơ, điều này có thể dẫn đến thiếu hụt oxy trong nguồn tiếp nhận, ảnh hưởng tiêu cực đến hệ sinh thái môi trường nước Nếu ô nhiễm vượt mức cho phép, điều kiện yếm khí có thể hình thành, gây ra sự phân hủy yếm khí và sản sinh các chất độc hại như H2S, NH3, CH4 Những sản phẩm này không chỉ làm nước có mùi hôi thối mà còn làm giảm pH của môi trường nước, gây hại cho sự sống trong hệ sinh thái.
- SS: lắng động ở nguồn tiếp nhận gay điều kiện yeám khí
- Nhiệt độ: nhiệt độ nước thải sinh hoạt thường không gay ảnh hưởng đến đời sống của thủy sinh vật.
- Vi khuẩn gây bệnh: gay ra các bệnh lan truyền bằng đường nước tiểu như: tiêu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da…
N và P là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng quan trọng Khi nồng độ của chúng trong nước quá cao, hiện tượng phú dưỡng hóa xảy ra, dẫn đến sự phát triển bùng nổ của tảo Hiện tượng này làm giảm nồng độ oxy trong nước vào ban đêm, gây ngạt thở cho các sinh vật thủy sinh Ngược lại, vào ban ngày, nồng độ oxy lại tăng cao do quá trình hô hấp của tảo.
- Màu: màu đục hoặc đen, gay mất mỹ quan
- Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxi 2.1.2.2 Đến môi trường nhân tạo
Nước thải sinh hoạt chưa qua xử lý thải ra môi trường không chỉ làm mất mỹ quan khu vực mà còn tiềm ẩn nguy cơ phát sinh các dịch bệnh lạ, ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe cộng đồng.
Sự bất an và thiếu tin tưởng vào các cơ quan quản lý sẽ dẫn đến nhiều hệ lụy tiêu cực trong xã hội.
Đặc tính của nước thải sinh hoạt
Thành phần nước thải được chia thành 2 nhóm chính:
Theo trạng thái lí học: các chất bẩn trong nước thải được chia thành 3 nhóm:
Nhóm 1 bao gồm các chất không tan ở dạng lơ lửng với kích thước lớn, cụ thể là những hạt có đường kính lớn hơn 10^-1 mm Ngoài ra, nhóm này còn chứa các chất ở dạng huyền phù, nhũ tương và bọt, với kích thước hạt từ 10^-1 đến 10^-4 mm.
+ Nhóm 2: gồm các chất ở dạng keo ( những hạt có kích thước từ 10 -4 đến 10 -6 mm)
Nhóm 3 bao gồm các chất hòa tan ở dạng phân tử với kích thước hạt nhỏ hơn 10 -6 mm Những hạt này không hình thành pha riêng biệt mà tạo thành hệ một pha, được gọi là dung dịch thật.
Thành phần hóa học: biểu thị dạng các chất bẩn trong nước thải có các tính chất hóa học khác nhau, được chia thành 3 nhóm:
Thành phần vô cơ: cát, sét, xỉ Acid vô cơ, các ion của muối phân li…( khoảng 42% đối với nước thải sinh hoạt)
Thành phần hữu cơ: các chất có nguồn gốc từ động vật, thực vật, cặn bả bài tiết…( chiếm khoảng 58%)
+ Các chất chứa Nito: ure, protein, amin, acid amin + Các hợp chất hidrocacbon: mỡ, xà phòng, cellulose…
+ Các hợp chất có chứa phosphor, lưu huỳnh
Thành phần sinh học: nấm men, nấm mốc, tảo, vi khuaồn…
Hình 3.1 sơ đồ minh họa về thành phần vật lí và hóa học nước thải sinh hoạt
Tổng quan về các phương pháp xử lí nước thải sinh hoạt
Nước thải chứa nhiều tạp chất ô nhiễm khác nhau, từ chất rắn không tan đến chất khó tan hoặc tan trong nước Xử lý nước thải nhằm loại bỏ các tạp chất này, làm sạch nước để thải ra môi trường hoặc tái sử dụng Để đạt được mục tiêu này, cần dựa vào đặc điểm của từng loại tạp chất để chọn phương pháp xử lý phù hợp Các phương pháp xử lý nước thải thường được sử dụng bao gồm
+ Xử lí bằng phương pháp cơ học
+ Xử lí bằng phương pháp hóa lí
+ Xử lí bằng phương pháp sinh học
Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học là quá trình sử dụng các lực vật lý để loại bỏ tạp chất cơ học không tan khỏi nước thải Phương pháp này bao gồm các bước như gạn lọc, lọc và lắng để đảm bảo nước thải được làm sạch hiệu quả.
Các công trình xử lý trong phương pháp cơ học bao gồm song chắn rác, bể lắng cát, bể vớt dầu mỡ, bể lắng và bể lọc Mỗi công trình này đảm nhiệm một nhiệm vụ riêng biệt và hỗ trợ lẫn nhau nhằm loại bỏ các tạp chất cơ học trong nước thải.
Bảng 2.2: Ứùng dụng các công trình cơ học trong xử lí nước thải
Các công trình Ưùng dụng
Lưới chắn rác Tách các chất rắn thô và có thể lắng Nghiền rác
Nghiền các chất rắn thô đến kích thước nhỏ hơn đồng nhất
Bể điều hòa Điều hòa lưu lượng và tải trọng BOD và SS
Lắng Tách các cặn lắng và neựn buứn Lọc
Quá trình tách các hạt cặn lơ lửng sau khi xử lý sinh học hoặc hóa học là rất quan trọng Màng lọc được sử dụng để lọc và tách tảo khỏi nước thải, đảm bảo nước đạt tiêu chuẩn Bên cạnh đó, việc vận chuyển khí cũng cần được chú trọng, bao gồm việc bổ sung và tách khí hiệu quả.
Bay hơi và bay khí Bay hơi các hợp chất hữu cơ bay hơi từ nước thải
Nguồn: PGS PTS Hoàng Huệ - 1996 - Xử lí nước thải – Nhà xuất bản xây dựng
Phương pháp hóa lý trong xử lý nước thải là quá trình đưa vào nước thải các chất phản ứng nhằm tác động đến các chất bẩn, gây ra biến đổi hóa học Kết quả là tạo ra các chất mới dưới dạng cặn hoặc chất hòa tan, mà không gây độc hại hay ô nhiễm môi trường.
Các phương pháp hóa lí thường ứng dụng để xử lí nước thải keo tụ, hấp thu, trích li, bay hơi, tuyển nổi…
Phương pháp hóa lý được áp dụng dựa trên điều kiện địa phương và yêu cầu vệ sinh, thường là giải pháp cuối cùng hoặc giai đoạn xử lý sơ bộ trước khi tiến hành các giai đoạn xử lý tiếp theo.
2.2.3 Phương pháp kết tủa – tạo bông:
Quá trình keo tụ tạo bông là phương pháp hiệu quả để loại bỏ các chất rắn lơ lửng và hạt keo có kích thước rất nhỏ (10 -7 – 10 -8 cm) trong nước thải Những chất này thường ở dạng khuếch tán và không thể loại bỏ bằng phương pháp lắng do tốn thời gian Để cải thiện hiệu quả lắng và rút ngắn thời gian, việc bổ sung các hóa chất như phèn nhôm, phèn sắt và polymer vào nước thải là cần thiết Những hóa chất này giúp kết dính các chất khuếch tán thành các hạt lớn hơn, từ đó tăng tốc độ lắng.
Các chất keo tụ dùng là phèn nhôm: Al2(SO4)3.18H2O, NaAlO2, Al2(OH)3Cl, KAl(SO4).12H2O, NH4Al(SO4).12H2O ; pheứn saột:
Fe2(SO4)3.2H2O,FeSO4.7H2O, FeCl3 hay chaỏt keo tuù khoõng phaõn li, dạng cao phân tử có nguồn gốc thiên nhiên hay tổng hợp.
Trong khi tiến hành quá trình keo tụ, tạo bông can chú yù:
- Bản chất của hệ keo
- Sự có mặt của các ion trong nước
- Thành phần của các chất hữu cơ trong nước
Nước thải có giá trị pH đa dạng, và để xử lý hiệu quả bằng phương pháp sinh học, cần trung hòa và điều chỉnh pH trong khoảng 6,6 đến 7,6.
Trung hòa bằng cách dùng các dung dịch acid hoặc muối acid, các dung dịch kiềm hoặc acid kiềm để trung hòa dịch nước thải.
Trung hòa bằng trộn lẫn chất thải
Trung hòa bằng bổ sung các tác nhân hóa học
Trung hòa nước thải bằng acid bằng cách lọc qua vật liệu có tác dụng trung hòa.
Phương pháp hấp thụ là kỹ thuật hiệu quả để loại bỏ các chất bẩn hòa tan trong nước mà các phương pháp xử lý sinh học và các phương pháp khác không thể xử lý, đặc biệt là những hợp chất có độc tính cao hoặc gây mùi, vị và màu sắc khó chịu.
Các chất hấp phụ phổ biến bao gồm than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo nhôm, cũng như một số chất tổng hợp và chất thải sản xuất như xỉ tro và xỉ mạt sắt Trong số này, than hoạt tính là chất được sử dụng rộng rãi nhất, với hai dạng chính là dạng bột và dạng hạt, cả hai đều hiệu quả trong quá trình hấp phụ.
2.2.6 Phương pháp oxi hóa khử: Để làm sạch nước thải người ta có thể sử dụng các chất oxi hóa như clo ở dạng khí và hóa lỏng, dioxit clo, clorat canxi, hypoclorit canxi va natri, kali permanganate, kali bicromat, peoxythyro, oxy cuûa khoâng khí, ozon…
Trong quá trình oxy hóa, các chất độc hại trong nước thải được chuyển hóa thành các hợp chất ít độc hơn và loại bỏ khỏi nước Tuy nhiên, phương pháp này yêu cầu sử dụng một lượng lớn hóa chất, nên chỉ được áp dụng khi các tạp chất gây ô nhiễm không thể được xử lý bằng các phương pháp khác.
2.2.7 Phương pháp oxy hóa điện hóa:
Phương pháp oxy hóa điện hóa là một kỹ thuật hiệu quả để xử lý nước thải sinh hoạt, giúp loại bỏ các chất ô nhiễm và thu hồi kim loại quý từ các điện cực anot Phương pháp này đặc biệt hữu ích trong việc xử lý nước thải từ các quy trình mạ Niken, mạ bạc và tẩy gỉ kim loại Bằng cách điện phân dung dịch chứa sắt sunfat và acid sunfuric tự do qua màng trao đổi ion, phương pháp này có thể phục hồi từ 80 – 90% acid sunfuric và thu hồi khoảng 20 – 25kg sắt cho mỗi mét khối dung dịch.
Xử lý nước thải bằng phương pháp điện phân không chỉ giúp tái sử dụng nước mà còn cho phép tái sử dụng dung dịch acid sunfuric trong các quá trình điện phân tiếp theo.
Bảng 2.3: Ứùng dụng các quá trình hóa lí trong xử lí nước thải
Khuấy trộn hóa chất và chất khí với nước thải và giữ cặn ở trạng thái lơ lửng
Giúp cho việc tập hợp các hạt cặn nhỏ và các hạt cặn lớn hơn để có thể tách ra bằng lắng trong lực
Tách hạt cặn lơ lửng nhỏ và các hạt có tỷ trọng xấp xỉ tỉ trọng của nước, hoặc sử dụng để nén bùn sinh học
Tách các chất hữu cơ không xử lý bằng phương pháp hóa học thông thường hoặc sinh học, đồng thời loại bỏ kim loại nặng và khử chlorine trong nước thải trước khi thải ra môi trường.
Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh
Khử Chlorine Tách Clo còn lại sau quá trình clo hóa
Trong quá trình hiếu khí, tóm tắt phản ứng xảy ra như sau:
Tạp chất hữu cơ + ôxy = tế bào mới + CO2 + H2O
Các vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải
Trước đây, Clo và các hợp chất của nó thường được sử dụng để tiệt trùng nước thải do tính hiệu quả, giá thành hợp lý và sự sẵn có trên thị trường Tuy nhiên, gần đây, các nhà khoa học khuyến cáo nên hạn chế sử dụng Clo trong quá trình tiệt trùng nước thải vì những tác động tiềm ẩn đến sức khỏe và môi trường.
Lượng Clo dư 0,5mg/l trong nước thải có thể đảm bảo an toàn cho quá trình tiệt trùng, nhưng lại gây hại cho cá và các sinh vật nước có ích khác.
+ Clo kết hợp với Hydrocacbon thành hợp chất có hại cho môi trường sống
Trong quá trình xử lý nước thải, khử khuẩn là bước quan trọng thường diễn ra ở giai đoạn cuối, ngay trước khi nước được làm sạch hoàn toàn và sẵn sàng thải ra môi trường.
2.3 Các vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải Ơû mỗi loại nước thải thường có những vi sinh vật đặc trưng riêng, phụ thuộc chủ yếu vào thành phần vật chất có trong nước thải Phần lớn vi sinh đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình chuyển hóa, chúng có tác dụng làm giảm chất hữu cơ trong nước thải, đồng thời giúp ổn định nồng độ chất hữu cơ trong các dòng chảy.
Số lượng và chủng loại vi sinh vật trong nước thải phụ thuộc vào nhiều yếu tố, đặc biệt là các chất hữu cơ hòa tan, chất độc, và pH môi trường Những yếu tố này ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, bao gồm các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng Để tăng cường hiệu quả của hệ vi sinh vật trong xử lý nước thải, cần thiết phải thiết kế điều kiện môi trường phù hợp.
Nước bẩn chứa nhiều chất hữu cơ tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển nhanh chóng Tuy nhiên, không phải tất cả vi sinh vật đều có lợi cho quá trình xử lý nước thải Khi môi trường không còn phù hợp hoặc số lượng vi sinh vật tăng đột biến, điều này có thể cản trở quá trình chuyển hóa và giảm hiệu suất xử lý nước thải.
Nước thải chứa nhiều loại vi sinh vật khác nhau như vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, xoắn thể, xạ khuẩn, virus và thực khuẩn thể, nhưng chủ yếu là vi khuẩn Đặc biệt, nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm rất giàu chất hữu cơ, dẫn đến số lượng vi sinh vật trong nước thải rất lớn Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy các chất hữu cơ và cung cấp khoáng chất cần thiết cho việc xây dựng tế bào, đồng thời giúp làm sạch nước thải.
Vi khuẩn là yếu tố then chốt trong các bể xử lý nước thải, đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy các thành phần hữu cơ Trong môi trường hiếu khí, vi khuẩn hiếu khí và vi khuẩn hiếu khí không bắt buộc sử dụng một phần chất thải hữu cơ để tạo ra năng lượng và tổng hợp các chất hữu cơ, trong khi phần còn lại được chuyển hóa thành tế bào vi khuẩn mới.
According to modern perspectives from the National Center for Biotechnology Information (NCBI, 2005), bacteria are classified into several phyla, including Aquificae, Thermotogae, Defferribacteres, Cyanobacteria, Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, Planctomycetes, Chlamydiae/Verrucomicrobia, Spirochaetes, Fibrobacteres/Axidobacteria, Bacteroidetes/Chlorobia, Fusobacteria, and Dictyoglomy This classification is based on morphological, physiological, biochemical, and ecological characteristics.
Vi khuẩn là sinh vật đơn bào nhỏ, có kích thước từ 0,3-1μm, với khoảng 85% cơ thể là nước và 15% là các khoáng chất và chất nguyên sinh Chất nguyên sinh chủ yếu bao gồm S, K, Na, Cl, cùng một lượng nhỏ Fe, Si và Mg Chúng có thể tồn tại riêng lẻ hoặc kết hợp thành đôi, bốn hoặc tám tế bào, và có thể xếp thành chuỗi hoặc chùm Vi khuẩn sinh sản thông qua quá trình chia đôi tế bào, và trong điều kiện môi trường thuận lợi với đầy đủ chất dinh dưỡng, oxy, pH và nhiệt độ thích hợp, thời gian thế hệ của chúng dao động từ 15-30 phút.
Các vi khuẩn trong nước thải được chia thành bốn nhóm chính: nhóm hình cầu (Cocci) có đường kính khoảng 1-3 µm; nhóm hình que (Bacillus) có chiều rộng từ 0,3-1,5 µm và chiều dài từ 1-10 µm, với E coli là ví dụ tiêu biểu; nhóm vi khuẩn hình que cong và xoắn ốc (Spirilla), trong đó vi khuẩn hình que cong có chiều rộng 0,6-1,0 µm và chiều dài 2-6 µm, còn vi khuẩn hình xoắn ốc có thể dài đến 50 µm; cuối cùng là nhóm vi khuẩn hình sợi, với chiều dài khoảng 100 µm hoặc hơn.
Vi khuẩn đóng vai trò thiết yếu trong việc phân hủy các hợp chất hữu cơ, cả trong tự nhiên và trong các bể xử lý Chúng chuyển hóa chất hữu cơ thành các chất ổn định, tạo ra bông cặn dễ lắng, góp phần làm sạch nước thải và duy trì vòng tuần hoàn vật chất.
Vi khuẩn được chia thành 2 nhóm chính:
Vi khuẩn ký sinh là loại vi khuẩn sống bám vào vật chủ và lấy thức ăn từ những chất dinh dưỡng mà vật chủ đã đồng hóa Chúng thường sinh sống trong đường ruột của cả người và động vật, và có thể xâm nhập vào môi trường nước thải thông qua phân và nước tiểu.
Vi khuẩn hoại sinh (Saprophytic Bacteria) sử dụng chất hữu cơ không hoạt động làm thức ăn, phân hủy cặn hữu cơ thành chất dinh dưỡng và thải ra cặn hữu cơ đơn giản cùng cặn vô cơ Chúng đóng vai trò quan trọng trong việc làm sạch nước thải; nếu không có sự sống và sinh sản của vi khuẩn, quá trình phân hủy sẽ không diễn ra Có nhiều loài vi khuẩn hoại sinh, mỗi loài đảm nhận vai trò đặc biệt trong từng giai đoạn của quá trình phân hủy cặn hữu cơ trong nước thải, và mỗi loài sẽ tự chết sau khi hoàn thành chu kỳ sống và sinh sản.
Vi khuẩn hoại sinh có thể phân loại thành hai nhóm chính dựa trên khả năng sử dụng oxy: vi khuẩn hiếu khí và vi khuẩn kị khí Vi khuẩn hiếu khí cần oxy hòa tan trong nước để hô hấp và thực hiện quá trình phân hủy chất hữu cơ, gọi là quá trình hiếu khí Ngược lại, vi khuẩn kị khí không thể tồn tại trong môi trường có oxy, và quá trình phân hủy của chúng tạo ra mùi khó chịu Tuy nhiên, một số vi khuẩn hiếu khí có thể điều chỉnh để thích nghi với môi trường thiếu oxy, được gọi là vi khuẩn hiếu khí tùy nghi Tương tự, vi khuẩn kị khí tùy nghi có khả năng sống trong môi trường có oxy Sự thích nghi này rất quan trọng cho quá trình phân hủy chất hữu cơ trong các hệ thống xử lý nước thải.
Lịch sử nghiên cứu và ứng dụng phương pháp sinh trưởng gắn kết trong xử lý nước thải
2.4.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí với sinh trưởng gắn kết
Vào năm 1865, bác sĩ Alexander Mueller tại Berlin, Đức, đã chứng minh rằng nước thải có thể được làm sạch nhờ vào các sinh vật sống trong một cột lọc.
Năm 1868, Edward Frankland, một thành viên của Hội đồng Anh, đã nghiên cứu phương pháp lọc nước thải ở London, sử dụng cột lọc chứa vật liệu dạng tấm được làm từ sỏi thô và đất có than bùn.
Năm 1882, Warrington đã chứng minh rằng có thể làm giảm chất ô nhiễm trong nước bằng sỏi sạch.
Lọc sinh học được áp dụng đầu tiên ở Mỹ năm 1891 và ở Anh năm 1893.
Hệ thống lọc sinh học đầu tiên được thiết lập tại trại thực nghiệm Lawrence, bang Matsachusét, nước Mỹ năm
Năm 1901, hệ thống lọc sinh học đầu tiên được giới thiệu tại Madison, Wisconsin Đến năm 1940, 60% hệ thống xử lý nước thải ở Hoa Kỳ đã áp dụng công nghệ này.
Vào năm 1960, đĩa quay sinh học đầu tiên đã được triển khai tại CHLB Đức và sau đó là ở Mỹ Tại Mỹ và Canada, 70% hệ thống đĩa quay sinh học được sử dụng chủ yếu để loại bỏ BOD, 25% để xử lý cả BOD và Nitrate, trong khi 5% còn lại nhằm loại bỏ Nitrate.
Những năm 1970, lọc sinh học trở nên phổ biến ở nước Đức.
Vào những năm 1980, lọc sinh học đã được áp dụng để xử lý các chất độc hại và ô nhiễm hữu cơ trong ngành công nghiệp Đến thập kỷ 1990, Đức và Hà Lan đã triển khai hơn 500 hệ thống xử lý nước sử dụng phương pháp lọc sinh học.
Năm 1995, Guitonas và Alexious đã thực hiện thí nghiệm với bể lọc sinh học hai giai đoạn, bao gồm cả quá trình hiếu khí và kị khí, sử dụng chất dẻo làm giá thể Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý nước thải đáng kể.
Nitơ đạt được khá cao với nước thải đô thị ở nhiệt độ cao.
Năm 1996, nhà máy xử lý nước thải KCN Việt Nam-Singapore đã triển khai hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, sử dụng tấm PVC nhám làm giá thể dính bám cho vi sinh vật, đạt hiệu quả xử lý BOD trên 70%.
Vào năm 2004, Viện Hóa học Công nghệ đã hợp tác với Trung tâm Công nghệ môi trường quốc tế Nhật Bản (ICETT) để chuyển giao công nghệ xử lý nước thải bằng vi sinh vật, áp dụng cho sông Tô Lịch Công nghệ này cho phép xử lý nước ô nhiễm chỉ bằng cách bơm nước qua hệ thống lọc với vật liệu dễ tìm và rẻ tiền như đá vôi, phế thải xây dựng, chai nhựa, than củi và vỏ động vật chứa canxi Thêm vào đó, cành cây khô và gỗ mục được sử dụng để tạo môi trường cho vi sinh vật phát triển Kết quả là nước sau khi lọc trở nên trong vắt mà không cần hóa chất, với mô hình thực nghiệm tại Cầu Diễn - Hà Nội có công suất 50m³/ngày.
+ Hiệu xuất xử lý COD đạt 65 – 70%
+ Hiệu xuất xử lý BOD đạt 85 – 90%
+ Hiệu xuất xử lý SS đạt >90%
+ Hiệu xuất xử lý Coliform đạt >99%
(Công nghiệp Việt Nam, số 15, ngày 14/4/2004, trang
2.4.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí với sinh trưởng gắn kết Đây là phương pháp xử lý kị khí nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám với vi khuẩn kị khí trên các giá mang Hai quá trình phổ biến của phương pháp này là lọc kị khí và lọc với vật liệu trương nở, được dùng để xử lý nước thải chứa các chất carbon hữu cơ Quá trình xử lý với sinh trưởng gắn kết cũng được dùng để khử nitrate.
Bể lọc yếm khí do công ty Cấp thoát nước số 2 thiết kế sử dụng vật liệu lọc polyspirence với đường kính hạt 3-5mm và chiều dày 2m, giúp phân phối nước thải đều trên diện tích đáy bể Dòng nước đi từ dưới lên tiếp xúc với bùn lơ lửng và khối hạt lọc chứa vi khuẩn yếm khí, từ đó hấp thụ và phân hủy chất hữu cơ hòa tan trong nước thải Bùn cặn được giữ lại trong khe rỗng của lớp lọc, và sau 2-3 tháng, bùn dư được xả một lần Nước sau khi qua lớp lọc sẽ được tách khí và chảy vào máng thu, sau đó dẫn sang xử lý hiếu khí.
Lọc kị khí với sinh trưởng gắn kết trên giá mang hữu cơ là phương pháp trong đó lớp vi sinh vật tạo thành màng mỏng trên vật liệu giá mang bằng chất dẻo, trong khi nước thải được đẩy chảy qua từ dưới lên Vật liệu sử dụng có thể là chất dẻo dạng tấm hoặc vật liệu rời như hạt polyspiren Nước thải tiếp xúc với vi sinh vật kị khí và phát triển thành màng mỏng, giúp xử lý hiệu quả chất thải.
Lọc kị khí với vật liệu giả lỏng trương nở là phương pháp tối ưu giúp tăng cường sự tiếp xúc giữa màng sinh học và các chất hữu cơ Vi sinh vật được cố định trên lớp vật liệu hạt giãn nở nhờ dòng nước, tối đa hóa diện tích tiếp xúc trong một đơn vị thể tích Hãng Degremont đã phát triển vật liệu hạt Biolite đặc biệt với kích thước nhỏ hơn 0,5mm, có cấu trúc lỗ giúp tăng diện tích riêng, khối lượng riêng nhẹ và khả năng chịu va đập tốt (Lương Đức Phẩm, 2002)
Năm 1990, Warnakula và các cộng sự tại Viện Nghiên cứu cây cao su Sri Lanka đã tiến hành nghiên cứu về việc sử dụng xơ dừa làm giá thể trong xử lý nước thải cao su bằng phương pháp sinh học hiếu khí và kị khí Nghiên cứu cho thấy xơ dừa tạo ra nhiều khoảng trống cho vi sinh vật phát triển, và kết quả đã được công bố tại hội nghị quốc tế về công nghệ xử lý nước thải trong các nhà máy chế biến cao su diễn ra từ ngày 8 đến 13 tháng 3 năm 1999.
Nguyễn Ngọc Bích, Lâm Minh Triết và Lê Huy Bá (2002) đã phát triển một mô hình thử nghiệm bể phân hủy kỵ khí với quy mô 5m³/ngày, được thiết lập và vận hành trong suốt hai năm Mô hình này nhằm mục đích xử lý nước thải từ ngành chế biến cao su, với hàm lượng COD và BOD tương ứng khoảng 9500 mg/l.
6500 mg/l Xơ dừa thô được sử dụng là giá thể cho vi sinh vật kết bám trong bể Kết quả với thời gian lưu nước là
2 ngày, hiệu quả xử lý COD là 90% và BOD là 90%
2.4.3 Vật liệu làm giá thể
Vật liệu sử dụng làm giá thể trong xử lý nước thải bằng quá trình sinh học dính bám rất đa dạng, bao gồm đá giăm, đá cuội, đá ong, vòng kim loại, vòng gốm, than đá, than cốc, gỗ mảnh và chất dẻo tấm uốn lượn Kích thước đá thường được chọn dao động từ 60 – 100 mm, với chiều cao lớp đá từ 0,4 đến 4 m, trung bình là 1,8 – 2,5 m Kích thước hạt vật liệu cần được cân nhắc kỹ lưỡng; nếu quá nhỏ có thể gây tắc nghẽn, trong khi nếu quá lớn sẽ làm giảm diện tích tiếp xúc và hiệu suất xử lý Các bể chứa vật liệu đá giăm thường có hình dạng tròn.