BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ

BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ

I. BÙN HOẠT TÍNH LÀ GÌ?

Bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vật khác nhau, chủ yếu là vi khuẩn. Có khả năng ổn định chất hữu cơ hiếu khí, được giữ lại ở bể lắng đợt II. Bùn hoạt tính (là các bông cặn) có màu nâu sẫm chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nước thải và là nơi cư trú để phát triển của vô số vi khuẩn và vi sinh vật sống khác. Các bông này có kích thước từ 3 4 150 mm.

Bùn hoạt tính lắng lại bể lắng đợt II, một phần tuần hoàn lại bể Aerotank, một phần còn dư cần được xử lý. Độ ẩm của lượng bùn này từ 99 4 99,6%.

II. ỨNG DỤNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH

Bùn hoạt tính được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí. Phương pháp bùn hoạt tính dựa trên sự hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải. Quá trình hoạt động của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khoáng hóa và trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản và nước. Nhờ đó mà nồng độ bẩn của nước thải được giảm đi rất nhiều trong khoảng thời gian đủ dài.

III. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH BÙN HOẠT TÍNH

Nước thải sau khi qua bể lắng đợt I có chứa các chất hữu cơ hòa tan và các chất lơ lửng đi v ào bể Aerotank. Khi ở trong bể các chất lơ lửng đóng vai trò là các hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông cặn gọi là bùn hoạt tính.

Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng (N, P) làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan và thành các tễ bào mới. Qua trình chuyển hóa thực hiện theo từng bước xen kẽ và nối tiếp nhau. Một vài loại vi khuẩn tân công vào các hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp, sau khi chuyển hóa thải ra các hợp chất hữu cơ có cấu trúc phức tạp hơn, một vài vi khuẩn khác dùng các chất này làm thức ăn và lại thải ra các hợp chất đơn giản hơn nữa, và quá trình cứ tiếp tục cho đến khi chất thải cuối cùng không thể dùng làm thức ăn cho bất cứ loại vi sinh vật nào nữa.

Chất thải hữu cơ được đưa vào trong bể phản ứng, ở đó các vi khuẩn hiếu khí được duy trì ở trạng thái lơ lửng. Trong bể phản ứng, các vi sinh vật thực hiện những biến đổi theo những phương trình sau:

Sự oxi hóa và tổng hợp:

COHNS + O₂ + dinh dưỡng CO₂ + NH₃ + C₅H₇NO₂ + các sản phẩm khác

(Chất hữu cơ) (Tế bào VK)

Hô hấp nội sinh

C₅H₇NO₂ + 5O₂ 5CO₂ + NH₃ + 2H₂O + năng lượng

Môi trường hiếu khí trong bể phản ứng được duy trì bằng cách sử dụng máy thổi khí và thiết bị phân tán khí đặt trong bể sao cho nước thải được xáo trộn hoàn toàn. Sau một thời gian lưu nước nhất định hỗn hợp tế bào cũ – mới được đưa qua bể lắng trong đó các tế bào được tách ra khỏi nước thải đã xử lý. Một phần tế bào đã lắng được tuần hoàn để duy trì nồng độ mong muốn của vi sinh vật trong bể phản ứng.

Trong quá trình bùn hoạt tính, vi khuẩn là vi sinh vật quan trọng nhất, bỏi vì chúng chịu trách nhiệm phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Trong bể phản ứng, một phần các chất thải hữu cơ được các vi sinh vật hiếu khí và tùy tiện sử dụng để tạo ra năng lượng cho việc tổng hợp các chất hữu cơ còn lại thành tế bào mới. Như vậy, chỉ một phần chất thải ban đầu được oxi hóa thành các hợp chất năng lượng thấp như: NO₃^-, SO₄^2- và CO₂, phần còn lại được tổng hợp thành tế bào mới.

IV. CƠ CHẾ PHÂN HỦY CÁC CHẤT HỮU CƠ NHỜ VI SINH VẬT

Cơ chế quá trình phân hủy các chất hữu cơ của phương pháp bùn hoạt tính bao gồm các quá trình: Oxi hóa (phân hủy) chất hữu cơ, tổng hợp tế bào (đồng hóa) và tự oxy hóa (hô hấp nội bào). Trong quá trình oxi hóa (phân hủy) chất hữu cơ, vi sinh vật sử dụng oxy để chuyển hóa các chất hữu cơ thành các sản phẩm oxy hóa. Quá trình này, sinh ra năng lượng và vi sinh vật sử dụng năng lượng này để tổng hợp tế bào mới. Trong quá trình tổng hợp tế bào (đồng hóa), vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ, oxy, các chất dinh dưỡng (N, P), vi lượng và năng lượng từ quá trình oxy hóa để tổng hợp nên tế bào mới. Bên cạnh quá trình tổng hợp tế bào cũng xảy ra quá trình oxy hóa tế bào (hô hấp nội bào).

Quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong nước thải nhờ vi sinh vật bao gồm các giải đoạn như sau:

Giai đoạn 1: Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào.

Giai đoạn 2: Hấp thụ, khuếch tán các chất hữu cơ qua màn bán thấm, vào trong tế bào vi sinh vật.

Giai đoạn 3: Chuyển hóa các chất trong nội bào để sinh ra năng lượng và tổng hợp các vật liệu mới cho tế bào vi sinh vật.

Giai đoạn 4: Di chuyển các sản phẩm oxy hóa từ trong tế bào ra bề mặt tế bào vi sinh vật.

Giai đoạn 5: Di chuyển các chất từ bề mặt tế bào ra pha lỏng do khuếch tán và đối lưu.

Hợp chất bị oxy hóa trước tiên là hydratcacbon và một số chất hữu cơ khác. Tuy nhiên để phân hủy được các chất hữu cơ này thì vi sinh vật phải có khả năng tổng hợp enzim tương ứng. Tinh bột, đường rất dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật, xenlulozo và các chất béo ít tan bị phân hủy muộn hơn và tóc độ phân hủy cũng chậm hơn nhiều.

V. VI SINH VẬT TRONG BÙN HOẠT TÍNH

Tóm tắt một số giống chính trong quần thể vi khuẩn có trong bùn hoạt tính bằng bảng sau:

Vi khuẩn

Chức năng

Pseudomonas

Arthrobacter

Bacillus

Cytophaga

Zooglea

Acinetobacter

Nitrosomonas

Nitrobacter

Sphaerotilus

Alcaligenes

Flavobacterium

Nitrococcus denitrificans

Thiobacillus denirificans

Acinetobacter

Hyphomicrobium

Desulfovibrio

Phân hủy hidratcacbon, protein, các hợp chất hữu cơ khác.

Phân hủy hidratcacbon.

Phân hủy hidratcacbon, protein,…

Phân hủy các polymer

Tạo thành chất nhầy (polysacarit), hình thành chất keo tụ

Tích lũy polyphosphate, phản nitrat

Nitrait hóa

Nitrat hóa

Sinh nhiều tiên mao, phân hủy các chất hữu cơ.

Phân hủy protein, phản nitrat hóa

Phân hủy protein

Phản nitrat hóa (khử nitrat thành N₂)

Khử sulfat, khử nitrat

VI. các chỉ tiêu xác định đặc tính và chất lượng của bùn hoạt tính

1. Chỉ số thể tích bùn

Chỉ số thể tích bùn (SVI – Sludge volume index) là thể tích do một gram bùn khô choán chỗ tính bằng ml sau khi để dung dịch bùn lắng tĩnh trong 30 phút trong ống lắng tĩnh hình trụ khắc độ dung tích 1000ml.

Để xác định chỉ số thể tích bùn, lấy 1 lít dung dịch bùn ở đầu ra của bể Aerotank để lắng 30 phút trong ống thủy tinh hình trụ có khắc độ. Quan sát và đánh dấu mặt phân chia giữa bùn và lớp nước ở trên để tính ra thể tích bùn đã choán chỗ bằng ml, đồng thời với việc lấy mẫu trắng, lấy luôn mẫu để xác định nồng độ bùn hoạt tính trong dung dịch tính theo mg/l rồi xác định chỉ số thể tích bùn theo công thức sau:

Thông thường ở các nhà máy xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính, chỉ số thể tích bùn dao động từ 50 ÷ 150. Bùn có chỉ số thể tích bùn càng nhỏ lắng càng nhanh và càng đặc.

Ứng dụng của chỉ số SVI:

Sau khi có được chỉ số SVI, dựa vào giá trị SVI mà ta có thể "chuẩn đoán bệnh" của bùn bể hiếu khí:

SVI < 100: Bùn già; có thể trên bề mặt sẽ có bùn nhỏ như đầu mũi kim; đầu ra sẽ bị đục.

100 < SVI < 250: Bùn hoạt động tốt, lắng tốt, đầu ra ít đục. Tuy nhiên thông thường, SVI từ 100 - 120 là tốt nhất.

SVI > 250: Bùn khó lắng; đầu ra đục.

Sau khi biết được "bệnh" của bùn thì với từng trường hợp riêng lẻ sẽ có cách xử lý phù hợp.

2. Chỉ số mật độ bùn

Chỉ số mật độ bùn (SDI) là số nghịch đảo của chỉ số thể tích bùn.

SDI thường dao động từ 1 – 1,25.

Ngoài ra, còn có các chỉ tiêu khác như: MLSS (Mixed Liquoz Suspended Solid): chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng và MLVSS (Mixed Liquoz Volatile Suspended Solids): hỗn hợp vi sinh vật và nước thải trong bể sục khí. Tỷ số F/M (Food to Micoorganism Ratio).

3. Chỉ số thể tích bùn SV30

Trong vận hành, thông số thể tích bùn lắng sau 30 phút gọi tắt là SV30 (mL/L)

Phương pháp đo: lấy một hỗn hợp bùn vi sinh đang hoạt động, rót vào cốc 1000mL, để lắng 30 phút. Lượng bùn sau lắng là SV30.

Thông số SV30 đánh giá được nồng độ bùn hoạt tính:

+ Khả năng tạo bông của bùn

+ Khả năng lắng của bùn

+ Khả năng xử lý nước (đánh giá theo cảm quan)

4. Nồng độ bùn hoạt tính MLSS

Việc phân tích MLSS nhằm xác định nồng độ bùn hoạt tính trong bể hiếu khí và tính được chỉ số thể tích lắng của bùn.

Phương pháp xác định:

+ Bước 1: Cân giấy lọc đã sấy ở 105 độ C , xác định khối lượng A(g)

+ Bước 2: Lấy 50ml V mẫu vào cốc nung

+ Bước 3: Lọc mẫu qua giấy đã sấy

+ Bước 4: Sấy ở nhiệt độ 105 độ C trong 1h

+ Bước 5: Cân giấy có sinh khối đã sấy, xác định khối lượng B(g)

Công thức tính MLSS:

Trong đó:

+ MLSS: hàm lượng bùn hoạt tính (mg/L)

+ B: trọng lượng mẫu giấy có sinh khối, g;

+ A: trọng lượng giấy không có sinh khối, g;

+ V mẫu: Thể tích mẫu, mL

5. Tỷ lệ F/M

MLVSS = 0.7 x MLSS
MLSS = MLVSS/ 0.7

6. Lưu lượng tải trọng bề mặt của bể lắng sinh học

+ Qm : lưu lượng, m³/h

+ ANB: diện tích bề mặt, m²

Lưu lượng thêt tích bùn tối đa không được phép vượt các giá trị sau:

+ Bể có dòng chảy ngang: q_{A, max}≤ 1.6 m³/ (m².h)

+ Bể có dòng chảy dọc: q_{A, max}≤ 2 m³/ (m².h)

VII. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN BÙN HOẠT TÍNH

1. Ảnh hưởng của sự tăng pH:

Trong qúa trình bùn hoạt tính giá trị pH thông thường nằm trong khoảng 6,5 – 8. Khi pH tăng lên (>9) thì tốc độ trao đổi chất sẽ bị chậm và có teher bị ngừng hẳn.

2. Các hợp chất hóa học:

Nhiều hợp chất hóa học có tác dụng gây độc đối với hệ vi sinh vật của bùn hoạt tính, ảnh hưởng đến hoạt động sống của chúng, thậm chí làm chúng bị chết. Với nồng độ cao các chất phenol, formaldehyt và các chất sát khuẩn cũng như các chất bảo vệ thực vật sẽ làm biến tính protein của tế bào chất hoặc tác dụng xấu lên thành tế bào.

3. Kim loại:

Các kim loại có ảnh hưởng đến sự sống của vi khuẩn theo thứ tự sau: Sb, Ag, Cu, Hg, Co, Ni, Pb, Cr, Zn, Fe. Các ion kim loại này thường ở nồng độ vi lượng (vài phần triệu (ppm) đến vài phần nghìn) thì có tác dụng dương tính đến sinh trưởng vi sinh vật và các động thực vật, nếu cao hơn nữa sẽ xuất hiện tác dụng âm tính, riêng Ag ở nồng độ vi lượng cũng có tác dụng sát khuẩn. Tác dụng sát khuẩn còn thấy ở các hợp chất Hg, còn với chì là một chất độc tích lũy trong cơ thể sinh vật. Các ion kim loại thường ở dạng muối vô cơ. Nồng độ muối vô cơ có trong nước thải có ảnh hưởng đến khả năng hình thành và chất lượng của bùn. Ví dụ: Nồng độ muối clorit tăng đến 30g/l sẽ làm giảm chất lượng làm sạch của nước thải.

4. Nhiệt độ:

Nhiệt độ tăng sẽ làm giảm lượng oxi hòa tan trong nước và có ảnh hưởng đến các phản ứng sinh hóa. Cứ tăng nhiệt độ lên 10⁰C thì tốc độ phản ứng sinh hóa tăng lên gấp đôi.

5. Các yếu tố khác:

- Độ không ổn định của nước thải vào: Quá trình vận hành bị nặng nề nhất khi lưu lượng nước thải và tải trọng chất bẩn hữu cơ biến động lớn.

- Nồng độ oxi hòa tan thấp làm cho nước sau khi qua bể bị đục, Protozoa không phát triển được để hoàn thành chức năng của mình, vi khuẩn dạng chỉ sẽ phát triển, ngăn cản việc tạo bông mịn và lắng kém.

- Nồng độ muối hoặc các chất hữu cơ cao sẽ làm giảm tốc độ vận chuyển oxi.

- Chất dinh dưỡng (N, P): nếu hàm lượng N > 30 – 60 mg/l, P > 4 – 8 mg/l sẽ xảy ra hiện tượng phú dưỡng hóa, nghĩa là N và P tạo nguồn thức ăn cho rong rêu, tảo và vi sinh vật nước phát triển llamf bẩn trở lại nguồn nước. Tỷ lệ BOD₅:N:P tối ưu là 100:5:1.

- pH ảnh hưởng đến quá trình bùn hoạt tính, pH tối ưu nằm trong khoảng 6,5 – 7,5.

- Thế oxi hóa khử (là thế năng giữa những tác nhân oxi hóa và khử, chưa kể tới lượng của từng laoij chất đó hoặc tính sinh học của chúng) rất quan trọng đối với việc vận hành hệ thống. Nó không phải là nguyên nhân mà là kết quả của phản ứng sinh học.

- Lượng bùn tuần hoàn

Trên đây, là tất cả các thông tin liên quan đến bùn hoạt tính mà Công ty TNHH Giải pháp Công nghệ Môi trường Phước Trình muốn cung cấp cho Quý khán giả biết thêm. Để được tư vấn rõ hơn Quý khách vui lòng liên hệ với Công ty chúng tôi: