ảnh hưởng của ph đến tai trong bùn hoạt tính

lúc này tăng nhanh theo cấp số mũ. Hiệu quả xử lý BOD lúc này rất cao. Nồng độ ô

nhiễm trong nước thải giảm và nồng độ oxy hòa tan tăng.

Số lượng trùng tiên mao bơi (free-swimming ciliates) tăng nhanh trong suốt pha log và là động vật nguyên sinh đặc trưng ở pha này, thời gian sinh trưởng của trùng tiên mao bơi khoảng 24 giờ. Trong khi đó, trùng biến hình (amoebae) và trùng roi (flagellates) không thể cạnh tranh thức ăn với trùng tiên mao nên trong giai đoạn này số lượng trùng biến hình và trùng roi giảm. Sự xuất hiện của một lượng lớn trùng tiên mao bơi làm tăng hiệu quả xử lý, chất lượng nước thải đầu ra được cải thiện đáng kể: nồng độ BOD, nồng độ TSS và độ đục giảm. Ngoài ra, trùng tiên mao bò, trùng tiên mao có cuống, trùng bánh xe, và giun tròn sống tự do cũng xuất hiện nhưng số lượng rất ít.

Hình 2.3 Trùng tiên mao bơi (free – swimming ciliate)

3- Giai đoạn tăng trưởng chậm dần (Declining log phase): Đây là giai đoạn quan trọng nhất đối với sự phát triển của vi sinh vật cũng như sự hình thành bông bùn. Trong giai đoạn này, có 2 điều kiện quan trọng để hình thành bông bùn. Đầu tiên, phải có một lượng lớn vi khuẩn. Thứ hai, các vi khuẩn này phải sản xuất ra một lượng lớn các sợi tế bào cùng các polysaccarit và các hạt polyhydrobutyrate (PHB). Các sợi tế bào, polyscaccarit và PHB chính là các yếu tố hình thành bông bùn. Các sợi tế bào có kích thước rất nhỏ (2 - 5nm), gồm nhiều gốc hoá học như cacbonxyl (-COOH), hydroxyl (-OH), sulfhydryl (-SOOH) và photphoryl (-POOH). Những gốc hoá học này sẽ bị ion hoá trong khoảng pH tối ưu của bùn hoạt tính. Khi đó, phân tử hydro sẽ

tách ra, còn lại là các gốc ion âm (-COO-, -O-, -SOO-, -POO-). Các gốc này hoạt động như các ion âm, chúng sẽ kết hợp với các ion đa hoá trị trong nước thải ví dụ như Ca2+ và liên kết các vi khuẩn lại với nhau, hình thành bông bùn. pH là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến mức độ ion hoá nên khi pH thay đổi sẽ ảnh hưởng quá trình tạo bông bùn.

Nhiều loại polysaccarit không hòa tan được sản sinh trong suốt quá trình tạo bông. Các polysaccarit này đóng vai trò như chất kết dính để gắn kết các tế bào vi khuẩn lại với nhau. Trong giai đoạn này, lượng sinh khối rất nhiều và đa dạng, hiệu quả xử lý BOD cao. Số lượng trùng tiên mao nhiều, trong đó chiếm ưu thế là trùng tiên mao bò (crawling ciliated protozoa). Trùng tiên mao bơi không nhiều vì ở giai đoạn này lượng vi khuẩn ít phân tán gây khó khăn trong việc tìm thức ăn cho loài này.

Hình 2.4 Trùng tiên mao bò (crawling ciliated protozoa)

4- Giai đoạn hô hấp nội bào (Endogenous phase): Trong giai đoạn này xảy ra hiện tượng giảm dần sinh khối. Phần lớn lượng BOD bị vi khuẩn phân hủy trong giai đoạn này được sử dụng cho hoạt động sống của tế bào vi khuẩn hơn là tổng hợp và sinh trưởng. Một điều thay đổi đáng kể trong giai đoạn này là sự phát triển của các vi khuẩn dạng sợi (filamentous). Bông bùn trong giai đoạn này cần có một lượng vi khuẩn dạng sợi đủ để phát triển ở kích thước trung bình (150 - 500m) và kích thước lớn (> 500m). Trong giai đoạn này, vi sinh đa dạng, do đó đẩy nhanh hiệu quả xử lý. Ở giai đoạn này, nước thải đã được xử lý gần hết, mức độ ô nhiễm giảm mạnh.

Số lượng trùng tiên mao bò và trùng tiên mao có cuống ở giai đoạn này rất cao. Dưới những điều kiện tối ưu, số lượng của chúng có thể là 50.000/ml. Trùng bánh xe và giun tròn sống tự do cũng như những động vật đa bào khác có thời gian phát sinh trưởng dài hơn so với động vật nguyên sinh, thời gian sinh trưởng của chúng là vài tuần. Thời gian này thường lâu hơn tuổi bùn của hầu hết các quá trình bùn hoạt tính. Thời gian sinh trưởng dài chính là một trong 2 yếu tố làm cho số lượng trùng bánh xe không nhiều. Yếu tố thứ hai là do sự xáo động trong môi trường bùn hoạt tính gây khó khăn cho vi sinh vật đực và cái gặp nhau. Chúng sẽ tăng nhanh trong môi trường ổn định và có tuổi bùn cao, thường là trong các hồ sinh học.

Hình 2.5 Trùng tiên mao có cuống (stalk ciliated protozoa)

Hình 2.6 Giun tròn sống tự do (free – living nematode)

Hình 2.7 Trùng bánh xe (rotifer)

Hình 2.8 Bùn ở giai đoạn hô hấp nội bào

Hình 2.8 minh họa bùn tốt vì bông bùn rất to đồng thời có sự xuất hiện rất nhiều của trùng tiên mao có cuống.

Bảng 2.1 Các đặc tính trong quá trình sinh trưởng của vi sinh vật

Các đặc tính	Giai đoạn thích nghi	Giai đoạn tăng sinh khối theo số mũ	Giai đoạn sinh trưởng chậm dần	Giai đoạn hô hấp nội bào
Bông bùn	Chưa có	Chưa có	Xuất hiện	Xuất hiện
Hình dạng bông bùn	-	-	Hình cầu	Bất thường
BOD	Cao	Cao	Trung bình	Thấp

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 59 trang tài liệu này.

DO	Thấp	Thấp	Trung bình	Cao
Số lượng vi khuẩn	Thấp	Trung bình	Nhiều	Nhiều
Vị trí vi khuẩn	Phân tán	Phân tán	Nằm trong bông bùn	Nằm trong bông bùn
Loài ưu thế	Trùng biến hình và trùng roi	Trùng tiên mao bơi	Trùng tiên mao bò	Trùng tiên mao bò và trùng tiên mao có cuống
Chất rắn mịn	Đáng kể	Đáng kể	Không đáng kể	Không đáng kể

2.1.4. Tính chất tạo bông bùn hoạt tính

Bùn hoạt tính gồm các cá thể vi sinh vật không sống độc lập mà phát triển theo từng khối. Khả năng tạo bông là đặc tính quan trọng nhất của bùn hoạt tính. Nhờ có sự kết bông mà bùn có một tốc độ lắng thích hợp và chỉ có lắng trọng lực là cách hiệu quả và kinh tế nhất để tách bùn khỏi nước thải đã xử lý. Những vi sinh vật có khả năng kết bông hoặc chỉ cần có khả năng kết dính vào bông bùn sẽ có lợi cho bản thân hơn rất nhiều so với những loài sống riêng rẽ:

- Chúng được giữ lại trong bùn hoạt tính trong khi các loài không có khả năng

tạo bông hay kết dính sẽ bị cuốn trôi đi.

- Phát triển thành khối sẽ bảo vệ cho chúng chống lại sự đe dọa của các loài

khác.

- Các vi sinh vật tạo bông có trong bùn hoạt tính như Pseudomonas,

Achromobacter, Alcaligenes, Citromonas, Flavobacterium và Zoogloea có khả năng chuyển các chất hữu cơ thành glycocalyx. Glycocalyx là một lớp polysaccharide bao xung quanh lớp màng bên ngoài của các tế bào gram âm và lớp peptidoglycan của tế bào gram dương. Nó như một loại polymer hữu cơ có tác dụng làm tăng độ nhớt của nước, do đó làm cho các tế bào chất riêng lẻ có thể hình thành nên một vi môi trường cho các enzym ngoại bào hoạt động. Mạng polymer glycocalyx nhớt này làm cho các cá thể kết dính vào nhau hoặc dính vào các bề mặt chất rắn khác và tạo nên các khối lớn hơn. Do đó có thể nói rằng glycocalyx có nhiệm vụ kết dính các tế bào chất lơ lửng và hình thành những lớp màng sinh học. Thực tế trong hệ thống xử lý nước thải,

các hạt lơ lửng, đặc biệt là các hạt vô cơ nặng, thường bị dính vào mạng polymer này hơn là các tế bào vi sinh vật. Từ đó mà các bông bùn nặng được hình thành.

Li và Ganczarczyk đã sử dụng các phân tích hình ảnh để nghiên cứu vai trò của mạng polymer đối với việc kết bông và xác định đặc điểm của bùn hoạt tính. Họ đã đưa ra 4 kết luận sau:

- Lượng polymer sinh học trong bùn có tải trọng cao hơn thường ít hơn trong bùn có tải trọng thấp hơn vì các polymer ngoại bào được hình thành chủ yếu ở giai đoạn hô hấp nội bào.

- Vi sinh vật không phân chia giống nhau trong mạng polymer mà phân tán thành các cụm vi sinh không đều nhau trong bùn hoạt tính.

- Cấu trúc bên trong của bùn có những đường rãnh cũng như các hốc nằm rải

rác ngẫu nhiên tạo điều kiện cho các dòng nước có thể đi xuyên qua.

- Bản thân mạng polymer (không kể đến sự hiện diện của các vi khuẩn dạng sợi trong bông bùn) đã có thể duy trì sự nguyên vẹn của các bông bùn lớn dù đang có một sự xáo trộn lớn trong bể (tức là dù có sục khí mạnh thì các bông bùn cũng không bị vỡ nếu được hình thành từ mạng polymer). Trường hợp bùn tạo khối, các bông bùn được giữ ổn định nhờ một loại khung được tạo bởi các vi khuẩn dạng sợi.

a. Khả năng tạo bông của bùn

Ở giai đoạn tăng trưởng cấp số mũ, vi khuẩn bị biến mất trong môi trường nuôi cấy. Vào thời điểm chuyển sang giai đoạn chậm dần, chúng kết lại thành bông có màu nâu nhạt, có thể dài đến vài mm có hình dạng phân nhánh như cái găng tay. Các vi khuẩn này xuất hiện thành từng nhóm dạng keo hay bông xuất hiện ở giai đoạn chuyển hoá nội bào. Hiện tượng kết bông của vi sinh rất phức tạp được kiểm soát bởi trạng thái sinh lý của tế bào, là một đặc tính của nhiều vi sinh, có liên quan đến sự tiết ra polymer mà trong đó các polysacarit đóng vai trò đặc biệt.

Trong điều kiện nuôi cấy tối ưu, bùn hoạt tính được hình thành ở dạng những

bông dễ dính vào nhau và dễ lắng. Dưới đây là hình minh họa bùn kết bông tốt:

Hình 2.9 Bùn hoạt tính kết bông tốt

b. Cơ chế của việc tạo bông

Cơ chế của việc tạo bông sinh học và các yếu tố quyết định cơ chế đó đã được nhiều tác giả nghiên cứu. Theo Mc.Kinney, sự tạo bông sinh học gây ra do việc giảm diện tích đến giá trị tới hạn cho phép các tế bào tụ hợp lại trong quá trình chuyển động tự do của chúng. Việc giảm diện tích bề mặt tế bào bắt đầu vào thời điểm khi mà các lớp vỏ tế bào được phủ bằng vật liệu polysacarit sản sinh bởi tế bào, chủ yếu là vào giai đoạn chuyển hoá nội bào.

K.rabtree và những người khác gắn quá trình tạo bông sinh học với việc hình thành polymer nội bào axit poly--oxy butyric. Nhưng phần lớn các chuyên gia lại gán cho polymer này chức năng của chất dự trữ bị tiêu hao trong giai đoạn chuyển hoá nội bào tức là giai đoạn mà quá trình tạo bông sinh học xảy ra mạnh nhất.

Hiện nay được nghiên cứu đầy đủ nhất là lý thuyết kết dính tế bào dưới tác động của polymer ngoại bào. Theo thuyết này thì sự tạo bông sinh học xảy ra bằng cách tác động tương hỗ của những chất đa điện ly cao phân tử do các tế bào sinh ra với bản thân tế bào vi khuẩn. Kết quả là các chất đa điện ly nối và liên kết những tế bào riêng biệt thành các tổ hợp và bông có khả năng tách khỏi pha lỏng bằng phương pháp lắng.

2.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH

2.2.1. Ảnh hưởng của pH

pH là một yếu tố chính trong sự phát triển của vi sinh vật. pH lớn quá hay thấp quá đều ảnh hưởng xấu tới đời sống vi sinh. Sự hình thành bông bùn tốt nhất ở pH

nằm trong khoảng 6.5 - 8.5. Khi pH < 6.5 và > 8.5, liên kết giữa các bông bùn trở nên yếu, bùn nổi lên do các vi khuẩn không liên kết chặt chẽ.

Hình 2.10 Bùn liên kết yếu

2.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ

Nhiệt độ nước thải có ảnh hưởng rất lớn tới tốc độ phản ứng sinh hóa trong quá trình xử lý nước thải. Nhiệt độ không những ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật mà còn tác động lớn tới quá trình hấp thụ khí oxy vào nước thải và sự phát triển cũng như tính lắng của bông bùn.

Khi nồng độ MLVSS cao (> 10,000 mg/l): sự thay đổi nhiệt độ sẽ gây ra ảnh hưởng vật lý đến bông bùn. Nếu nhiệt độ giảm, nước thải sẽ trở nên nặng làm giảm tốc độ lắng của bông bùn. Khi nhiệt độ tăng lên, nước thải ít nặng hơn nên tốc độ lắng của bông bùn tăng lên.

Khi nồng độ MLVSS khá nhỏ, khoảng 2000 mg/l thì sự thay đổi nhiệt độ sẽ ảnh hưởng đến cấu trúc bông bùn. Khi nhiệt độ tăng lên, vi sinh hoạt động nhiều hơn làm sinh ra nhiều chất không hòa tan được như lipids và dầu mỡ. Những chất này được bông bùn hấp thụ nên vận tốc lắng giảm xuống.

Bảng 2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình bùn hoạt tính

Nhiệt độ (º C)

Ảnh hưởng

> 38

Ảnh hưởng bất lợi đối với việc hình thành

bông bùn

> 32

Động vật nguyên sinh kém hoạt động

> 16

Tốc độ khử nBOD tăng đáng kể

> 14

Tốc độ khử cBOD tăng đáng kể

> 12

Bông bùn hình thành nhanh chóng

> 8

Chất béo, dầu, mỡ giảm xuống

> 4

Động vật nguyên sinh hoạt động mạnh

mẽ

2.2.3. Ảnh hưởng của kim loại nặng

Nước thải công nghiệp thường chứa nhiều kim loại nặng độc hại. Hầu hết các kim loại nặng xâm nhập vào bùn hoạt tính ở dạng hòa tan như oxit kim loại hay dưới dạng các ion tự do như Cu2+, Pb2+. Khi các kim loại này hấp thụ vào bề mặt của tế bào vi khuẩn, một vài phản ứng hóa học và lý học sẽ xảy ra. Sự hiện diện của các kim loại này ở tế bào vi khuẩn sẽ làm bông bùn nặng hơn. Một vài kim loại nặng hấp thụ vào

trong tế bào vi khuẩn, khi vào trong tế bào vi khuẩn, chúng sẽ tấn công các enzyme. Điều này thường xảy ra ở vị trí nhóm thiol (-SH) trong các amino acid. Khi các enzyme bị tấn công sẽ làm trì trệ hoạt động của các vi khuẩn. Kim loại nặng không chỉ tấn công vi khuẩn mà còn tấn công trùng tiên mao, trùng bánh xe, giun tròn di chuyển tự do. Việc này dẫn tới làm giảm hoạt động của các vi sinh vật và chúng bị rửa trôi nhiều ở dòng ra.

Có nhiều chỉ thị để nhận biết trong nước thải có kim loại nặng. Có thể dùng kính hiển vi, chỉ thị sinh học, hóa học. Nếu dùng kính hiển để xem bùn, ta có thể nhận biết sự hiện diện của kim loại nặng khi bùn phát triển phân tán, giảm mật độ hay thay đổi hình dạng bông bùn, thay đổi hoạt động và số lượng trùng tiên mao. Chỉ thị sinh học chính là sự tăng nồng độ oxy hòa tan trong bể sục khí. Ngoài ra ta cũng có thể dùng chỉ thị hóa học như phân tích thành phần amoni, nitric, orthophophat trong nước.

Kim loại nặng trong nước thải ức chế hoạt động của những vi khuẩn khử cBOD và nBOD. Khi có sự hiện diện của các kim loại nặng độc hại trong nước, các vi khuẩn chỉ khử một lượng nhỏ cBOD (cacbon BOD), do vậy vi khuẩn chỉ sử dụng một lượng nhỏ N và P. Vì thế nồng độ các ion amoni và orthophotphat trong nước thải sẽ cao. Do các vi khuẩn nitrat hóa bị ức chế bởi các kim loại nặng, quá trình nitrat hóa sẽ bị chậm lại. Nếu quá trình nitrát hóa bị chậm lại hay ngừng hẳn, sẽ xảy ra sự tích lũy của các

ion nitrit. Vi khuẩn Nitrosomonas chuyển hóa amoni thành nitrit chịu được kim loại nặng tốt hơn Nitrobacter - vi khuẩn chuyển hóa nitrit thành nitrat, cho nên nước thải đầu ra có nồng độ cao các ion nitrit trong khi nồng độ các ion nitrat thì thấp. Khi quá trình nitrat hóa bị ngừng hẳn, amoni không bị oxy hóa trong bể sục khí và được thải ra ngoài. Quá trình khử BOD bị ngưng trệ thì oxy sẽ không được sử dụng cho các hoạt động của vi sinh vật, khi đó nồng độ oxy trong bể aeroten sẽ cao.

2.2.4. Ảnh hưởng của các chất dầu mỡ trong nước thải

Chất béo thường gặp trong nước thải sinh hoạt là các chất bơ, margarine, dầu thực vật, dầu ăn. Chất béo cũng được tìm thấy ở thịt, đậu phộng… Chất béo và dầu mỡ thường bền vững và khó bị phân hủy. Trong quá trình bùn hoạt tính, các hợp chất này sẽ bao phủ các bông bùn và can thiệp vào hoạt động vi khuẩn cũng như cấu trúc bông bùn. Các chất béo, dầu, mỡ này có cấu trúc hoá học tương tự như lipid của thành tế bào sẽ được hấp thụ vào thành tế bào vi khuẩn. Các hợp chất này khi ở trên bề mặt tế bào sẽ làm tăng nồng độ MLVSS. Một số hợp chất béo, dầu mỡ khó phân hủy sẽ tích tụ trong bông bùn và chuyển thành dạng kị khí gây độc như metan.

2.2.5. Ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt

Khi trong nước thải hiện diện các chất hoạt động bề mặt như xà bông hoặc thuốc tẩy, hoạt động của các trùng tiên mao và các động vật đa bào sẽ bị gián đoạn hoặc ngừng hẳn, các bông bùn trưởng thành bị yếu và hoạt động của chúng bị ngưng trệ. Khi đó, số lượng lớn bông bùn nhỏ được hình thành dưới dạng rời rạc hoặc phân tán. Xà bông hay thuốc tẩy tác động mạnh đến tế bào bên dưới lớp bảo vệ của trùng bánh xe và biểu bì tế bào của giun tròn di chuyển tự do. Do đó mà hoạt động của các vi sinh này chậm lại. Các chất hoạt động bề mặt này còn làm tăng tổng chất rắn lơ lửng (TSS), làm giảm hiệu quả xử lý, tăng chi phí vận hành. Ngoài ra, chúng còn làm thay đổi sức căng bề mặt của nước. Vì vậy đôi khi cũng sinh ra bọt váng (foam). Một vài chất hoạt động bề mặt còn hiện diện như là độc tố.

2.2.6. Sự lên men của nước thải

Nước thải lên men là do sự hiện diện của quá nhiều acid và rượu đơn giản, hoà tan. Đây sẽ là môi trường sống rất thuận lợi cho các vi khuẩn dạng sợi. Nồng độ sunfit

khoảng 3mg/l hay nhiều hơn hoặc nồng độ của các axit, rượu hoà tan đơn giản khoảng 200 mg/l sẽ tạo điều kiện cho các vi khuẩn dạng sợi sinh sôi và phát triển như: Beggiatoa sp., Microthrix parvicella, Thiothrix sp., và loại 021N.

2.2.7. Nhu cầu oxy

Khi oxy bị giới hạn, các vi sinh vật dạng sợi sẽ chiếm ưu tế, làm bùn hoạt tính trở nên khó lắng, tạo khối bùn. Nên duy trì DO trong bể: 1.5 - 2 mg/l. DO cao (> 2 mg/l) có thể cải thiện tốc độ nitrat hoá với tải lượng BOD cao. Giá trị DO > 4 mg/l không cải thiện hoạt động đáng kể trong khi chi phí làm thoáng tăng đáng kể. Thông thường, khi chỉ khử BOD, nhu cầu oxy sẽ từ 0,9 - 1,3 kgO2/kgBOD đối với SRT từ 5

- 20 ngày.

Khi nồng độ oxy trong bể aeroten < 1 mg/l kéo dài liên tục trong 10 tiếng hoặc hơn sẽ làm gián đoạn hoạt động tạo bông bùn và gây mất bùn. Khi nồng độ oxy trong nước bị giới hạn, hoạt động của trùng tiên mao sẽ chậm lại. Ngoài ra, các động vật nguyên sinh bị ảnh hưởng bởi nồng độ oxy thấp bao gồm: giun tròn bơi tự do, trùng tiên mao bò, trùng tiên mao có cuống. Hoạt động của động vật nguyên sinh sẽ giảm khi nồng độ oxy < 1 mg/l kéo dài liên tục trong vòng 36 tiếng. Hoạt động của các động vật nguyên sinh thường tăng trong vòng 12 tiếng khi nồng độ oxy trong nước lên trên 1mg/l.

2.2.8. Lượng dinh dưỡng

Vi khuẩn và vi sinh vật sống dùng chất dinh dưỡng N, P, BOD, làm thức ăn để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không tan và thành tế bào mới. Thiếu dinh dưỡng sẽ gây ra một số vấn đề vận hành trong bùn hoạt tính bao gồm: mất bùn và gây bọt trên bề mặt bể aerotank.

Bảng 2.3 Các chất dinh dưỡng cần thiết cho hoạt động sống của tế bào vi khuẩn.

Các chất dinh dưỡng cần thiết

C, Ca, Cl, H, K, N, Mg, Na, O, P, S

Các chất dinh dưỡng thứ yếu

B, Co, Cu, Cr, F, Fe, I, Mn, Mo, Ni, Se, Si, V, Zn

(Theo Settleability Problem and Loss of Solids in the Activated Sludge Proces, bảng

7.3 trang 54)

Nguồn Nitơ sử dụng cho các vi sinh bao gồm toàn bộ Nitơ hữu cơ và Nitơ vô cơ. Nitơ được chuyển hoá chủ yếu để tạo ra các protein, các axit nucleic, các polymer của tế bào. Nếu dùng công thức kinh nghiệm của tế bào: C5H7O2N, thì lượng Nitơ cần thiết chiếm 12,4 % trọng lượng tế bào, lượng P cần thiết bằng 1/5 giá trị N. Đây là giá trị tiêu biểu nhưng không nhất thiết phải luôn luôn như vậy, giá trị này thay đổi tùy theo thời gian lưu bùn và các yếu tố môi trường.

Bảng 2.4 Phần trăm thành phần của các nguyên tố chính trong tế bào vi khuẩn tính trên trọng lượng khô

Dinh dưỡng

Phần trăm xấp xỉ

Cacbon

50%

Oxy

20%

Nitơ

15%

Hydro

8%

Photpho

3%

Sunfua

1%

Potassium

1%

Các nguyên tố khác

2%

(Theo Settleability Problem and Loss of Solids in the Activated Sludge Process, bảng

7.6 trang 59)

Nồng độ dinh dưỡng sẽ giới hạn khi nồng độ Nitơ và Photpho nằm trong khoảng 0.1 - 0.3 mg/l. Thông thường, nếu SRT lớn hơn 7 ngày, khoảng 5g Nitơ và 1g Photpho là cần thiết cho 100g BOD để duy trì đủ dinh dưỡng cho quá trình. Tỉ lệ BOD:N:P thường là 100:5:1.

Vi khuẩn thường hấp thụ orthophotphat (HPO42-) là dạng hoà tan của photpho.

Khi HPO42- ở dạng không tan, sự thiếu hụt photpho xảy ra. HPO42- không tan khi nó kết hợp với cation hoá trị 3 như Al3+, Fe3+ trong điều kiện pH lớn hơn 7.4. Các cation này thường có trong nước do thêm vào chất trợ tạo bông như: Alum [A2(SO4)3.18H2O], FeCl3, hoặc FeSO4.7H2O.

Nước thải công nghiệp thường chứa một lượng lớn BOD hòa tan phân hủy nhanh vì vậy cần phải cung cấp một lượng lớn chất dinh dưỡng. Sự thiếu hụt sinh dưỡng trong quá trình bùn hoạt tính thường xảy ra trong suốt thời kì tải trọng cao điểm vì BOD trong bể sục khí quá cao nên quá trình phân hủy đòi hỏi một lượng dinh dưỡng lớn. Khi thiếu dinh dưỡng lâu dài, các vi khuẩn dạng sợi sẽ phát triển, xuất hiện bọt, bông bùn do thiếu dinh dưỡng trở nên không tốt. Trong suốt quá trình thiếu dinh dưỡng, một phần BOD không phân hủy được và sẽ chuyển sang dạng không tan polysaccharide hay bùn loãng. Dạng này sẽ được hòa tan và phân hủy sau khi dinh dưỡng được bộ sung thêm. Bùn loãng này ở bên ngoài tế bào, ảnh hưởng khả năng lắng và làm sản sinh, tích lũy bọt.

Các chất dinh dưỡng đầu tiên mà vi khuẩn sử dụng để phân hủy BOD là NH4 +- N, HPO42- bởi các chất này sẽ khuếch tán từ nơi có nồng độ cao bên ngoài tế bào đến nơi có nồng độ thấp bên trong tế bào, do đó vi khuẩn không bị tiêu hao năng lượng do quá trình hấp thụ. Thường nồng độ NH4+-N khoảng 1mg/l và 0,5 mg/l cho HPO42-. Đối với quá trình hoạt tính nitrat hoá hoàn toàn có nồng độ NH4+-N trong bể sục khí < 1mg/l, thì nồng độ NO3-N khoảng 3mg/l là đủ. Nồng độ các chất dinh dưỡng phải luôn luôn được chú ý khi có sự hiện diện của chất độc trong nước. Khi có độc tố, hoạt động của các enzyme hay sự phân hủy BOD sẽ bị cản trở. Khi đó vi khuẩn chỉ sẽ dùng một lượng nhỏ các chất dinh dưỡng. Và như vậy, nồng độ các chất này trong bể sục

khí sẽ cao hơn.

Bảng 2.5 Giá trị dinh dưỡng cần thiết để khử BOD (g/kg BOD)

Dinh dưỡng

Số lượng cần thiết (g)

N

50

P

10

Fe

12

Ca

6.2

K

4.5

Mg

2.0

Mo

0.43

Zn

0.16

Cu

0.15

Co

0.13

Na

0.05

(Theo Activated Sludge Bulking and Foaming Control, bảng 5.3 trang 242)

2.2.9. Tỉ số F/M (Tỉ số thức ăn trên sinh khối)

Thông thường, xử lý nước thải đô thị với quá trình bùn hoạt tính có: SRT = 5 - 7 ngày, F/M = 0,3 - 0,5 gBOD/gVSS.ngày

2.2.10. Lượng bùn tuần hoàn

Mục đích của tuần hoàn bùn là duy trì đủ nồng độ bùn hoạt tính trong bể làm thoáng. Lưu lượng tuần hoàn bùn khoảng 50 - 70% của lưu lượng nước thải trung bình. Nồng độ bùn tuần hoàn từ bể lắng khoảng từ 4000 - 12000 mg/l.

2.2.11. Thời gian lưu bùn

SRT là yếu tố quan trọng trong quá trình bùn hoạt tính, vì nó ảnh hưởng đến quá trình xử lý, thể tích bể, lượng bùn sinh ra, nhu cầu oxy. Thời gian lưu bùn được xác định bằng việc tách bùn thải bỏ trong bể làm thoáng hằng ngày.

Đối với hệ thống khử BOD, SRT có thể dao động từ 3 - 5 ngày, phụ thuộc vào nhiệt độ của nước thải. Ở nhiệt độ 18 - 25ºC, với những hệ thống khử BOD và giảm quá trình nitrat hoá, SRT có thể chọn là 3 ngày. Để loại trừ nitrat hóa, một số quá trình bùn hoạt tính có SRT = 1 ngày, hay nhỏ hơn. Ở 10ºC, SRT = 3 - 5 ngày cho quá trình khử BOD.

Bảng 2.6 Thời gian lưu bùn tiêu biểu cho quá trình bùn hoạt tính

Mục đích

SRT ( ngày)

Loại bỏ BOD hoà tan trong nước

thải đô thị

1 – 2

Chuyển hóa các phần tử hữu cơ

trong nước thải đô thị

2 – 4

Tăng cường khả năng tạo bông của

vi sinh để xử lý nước thải đô thị

1 – 3

Tăng cường khả năng tạo bông của

vi sinh để xử lí nước thải công

3 – 5

nghiệp

Khử nitrat hoá hoàn toàn

3 – 18

Khử photpho

2 – 4

Ổn định quá trình bùn hoạt tính

20 – 40

(Theo Waste Water Engineering-Metcalf & Eddy, bảng 8.6 trang 680)

2.3. NGUYÊN NHÂN VÀ HẬU QUẢ CỦA NHỮNG VẤN ĐỀ THƯỜNGGẶP

KHI VẬN HÀNH BÙN HOẠT TÍNH

2.3.1. Bùn phát triển phân tán (Dispersed growth)

Bùn phát triển phân tán khi vi khuẩn không tạo bông bùn mà phát triển phân

tán tự do dưới dạng những cá thể riêng biệt hay những cụm nhỏ có kích thước 10 – 20

µm. Tốc độ lắng trọng lực của những cá thể hay những cụm nhỏ này rất chậm và không xuất hiện vùng lắng trong bể lắng 2. Điều này làm ảnh hưởng đến quá trình bùn hoạt tính như sau:

- Hiệu suất bể lắng 2 thấp, nước ra khỏi bể đục.

- Lượng bùn tuần hoàn lại ít, tuổi bùn nhỏ.

Có thể khái quát các nguyên nhân gây ra hiện tượng bùn phát triển phân tán như sau:

- Trong nước thải có các thành phần hữu cơ khó phân hủy, tải trọng bùn lớn.

- Quá trình quang hợp của các vi sinh vật cũng bị hạn chế bởi sự hiện diện của

các chất độc hại, các hợp chất ức chế trong nước thải.

Bùn phát triển phân tán không phải là vấn đề thường gặp trong xử lý thông thường hay khử dinh dưỡng bằng bùn hoạt tính, vì hiện tượng này thường thấy ở thời gian lưu bùn rất thấp, từ 1-3 ngày. Nó có thể xuất hiện ở giai đoạn đầu hoặc sau khi một lượng lớn vi sinh vật trôi ra khỏi hệ thống. Nước thải đô thị do thành phần có nhiều hợp chất cao phân tử, các chất keo, các chất rắn lơ lửng nên thường kết bông tốt hơn nước thải tổng hợp từ cống rãnh. Tại trung tâm nghiên cứu xử lý nước thải nổi tiếng Los Angeles Hyperion, người ta đã thử chuyển xử lý thông thường sang xử lý ở tải trọng cao bằng bùn hoạt tính với thời gian lưu bùn là 1,5 ngày. Kết quả cho thấy độ