Các Loài Vi Khuẩn Dạng Sợi Thường Gặp Gây Ra Hiện Tượng Bùn Tạo Khối

đục ở dòng ra vẫn không tăng. Tuy nhiên, chỉ số lắng của bùn lại tăng, SVI trong

khoảng 150-210 mg/l.

2.3.2. Bùn không kết dính được (Pinpoint flocs)

Hiện tượng ban đầu của trường hợp này rất giống hiện tượng bùn phát triển phân tán, nghĩa là nước ra ở bể lắng 2 bị đục và chứa nhiều bùn. Tuy nhiên, ta có thể phân biệt hai hiện tượng này khi quan sát bằng kính hiển vi. Khi bùn không kết dính được thì kích thước của bùn không lắng lớn hơn (khoảng 50 – 100 µm). Chúng là những hình cầu hỗn độn liên kết với nhau. Hiện tượng bùn không kết dính được là kết quả của sự phân hủy những bông bùn lớn. Trong thí nghiệm lắng bùn, bùn dạng này chia thành 2 phần, phần bùn lớn hơn lắng rất nhanh, chỉ số thể tích bùn tính trên phần thể tích chiếm chỗ của phần bùn này khá thấp. Nhưng phần nước phía trên thì bị đục vì một lượng sinh khối vẫn còn trong đó.

Nguyên nhân phân hủy bông bùn của hiện tượng bùn không kết dính được ngược lại với hiện tượng bùn phát triển phân tán. Tuổi bùn lớn là một trong những nguyên nhân gây ra hiện tượng bùn không kết dính được. Bông bùn liên tục kém tập trung chất nền bên ngoài làm cho các polysaccharidic ngoại bào như C và năng lượng phá hủy mạng polymer của bông bùn.

2.3.3. Bùn tạo khối do vi khuẩn dạng sợi (Filamentous bulking)

Hiện tượng bùn tạo khối do vi khuẩn dạng sợi có ảnh hưởng đến tính nén bùn hơn là tính lắng. Trong trường hợp này, vận tốc lắng vẫn nằm trong khoảng cho phép. Tuy nhiên, trong vài trường hợp nghiêm trọng, khi đó vùng lắng của bể lắng 2 chứa quá nhiều bùn nén kém thì bùn sẽ dễ dàng theo dòng chảy ra ngoài. Khi người vận hành thấy hiện tượng này thì khó có thể khắc phục được vì quá muộn. Đây chính là mục đích mà mỗi người kĩ sư cần quan tâm đạt đến trong quá trình vận hành bùn hoạt tính.

Khi không có vi khuẩn dạng sợi (hoặc là có nhưng rất ít), các bông bùn liên kết chặt với nhau và lượng nước giữa các bông bùn bị đẩy ra ngoài. Vi khuẩn dạng sợi cản trở quá trình nén và lắng của bùn bằng hai cách sau:

- Một vài loại vi khuẩn dạng sợi phát triển tốt hơn bên trong bông bùn.Vì có kích thước dài và cần thức ăn ở môi trường ngoài, chúng thường lòi một phần ra ngoài (vi khuẩn dạng sợi nằm một phần trong bùn và một phần ngoài môi trường nước). Do đó, chúng tạo ra cấu trúc mở và nước dễ dàng len qua và chứa đầy bên trong bùn. Bùn lắng chứa rất nhiều nước nên khó nén nhưng bản thân các vi khuẩn dạng sợi này không ngăn cản quá trình kết bông.

- Hầu hết các vi khuẩn dạng sợi quan sát được trong bùn nằm trong phần bùn nén tốt hơn là trong phần bùn nổi. Chúng thường nhô một phần ra ngoài để “bắt” các bông bùn nhỏ hơn đang lơ lửng trong nước. Chính vì thế chúng ngăn cản quá trình nén của các bông bùn đơn này. Vi khuẩn dạng sợi cản trở quá trình lắng và nén của bùn theo cách này nhiều hơn.

Như vậy, bùn tạo khối do vi khuẩn dạng sợi là một vấn đề điển hình của bùn nén kém gây ra những hậu quả sau đây:

- Lượng bùn tuần hoàn ít

- Khó giữ lượng bùn cần thiết trong bể phản ứng

- Khả năng tách nước của bùn kém gây khó khăn trong việc xử lý bùn

Vi khuẩn dạng sợi phát triển ở những điều kiện khác nhau. Một số loại vi khuẩn dạng sợi như Beggiatoa và Thiothrix phát triển tốt ở môi trường có hydrosunfit và ít chất nền nói cách khác các vi khuẩn này sống tốt ở nước thải bị lên men. Khi trong nước thải có nhiều chất béo bay hơi và có các gốc sunfua, Thiothrix phát triển mạnh. Ngoài gây ra hiện tượng bùn khối khó lắng trong quá trình bùn hoạt tính, Beggiatoa và Thiothrix còn gây nhiều vấn đề trong các hệ thống lọc sinh học, màng cố định.

Hình 2.11 Bùn tạo khối do vi khuẩn dạng sợi

Bảng 2.7 Các loài vi khuẩn dạng sợi thường gặp gây ra hiện tượng bùn tạo khối

Nguyên nhân	Dạng vi khuẩn
DO thấp	Sphaerotilus natans, Microthrix parvicella, Haliscomenobater hydrossis và loại 1701
F/M thấp	M.parvicella, Nocardia spp., và các loại 0041, 0675, 1851, 0803.
Nước thải bị thối rửa (axit hữu cơ cao)	Thiothrix I, II, Beggiatoa spp., N. limicola II, và các loại 021N, 0092, 0914, 0581, 0961*, 0411
Thiếu dinh dưỡng	Thiothrix I, II và loại 021N. N. limicola III
pH thấp	Nấm
Dầu mỡ trong nước thải cao	Nocardia spp., M. parvicella và loại 1863

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 59 trang tài liệu này.

( Theo Waste water Engineering-Metcalf & Eddy, bảng 8-8 trang 697) i/ DO thấp

Nồng độ DO thấp là nguyên nhân thường gặp nhất gây ra hiện tượng bùn tạo khối. Thông thường, nồng độ DO thích hợp để duy trì cho quá trình bùn hoạt tính là 2 mg/l. Khi nồng độ DO thấp, vi khuẩn trong bông bùn liên kết với nhau yếu làm cho bông bùn liên kết với nhau không chặt.

ii/ Nước thải lên men

Nước thải bị lên men biểu hiện ở mùi trứng thối (do khí H2S sinh ra) và thường có màu đen (do kết tủa sunfua sắt). Thành phần của nước thải lên men chứa nhiều gốc sunfua và các axit hữu cơ như: axit acetic, axit butyric….Đây là môi trường sống thuận lợi của vi khuẩn dạng sợi. Khí hậu nóng ẩm cũng dễ làm nước thải dễ lên men. Nồng độ sunfua > 1 - 2 mg/l, và nồng độ axit hữu cơ > 100 mg/l sẽ tạo điều kiện cho vi khuẩn dạng sợi sinh trưởng.

iii/ Lượng dinh dưỡng

Nhìn chung, tỉ lệ dinh dưỡng thích hợp BOD5:N:P là 100:5:1 cho quá trình khử BOD trong nước thải. Dấu hiệu của sự thiếu hụt dinh dưỡng là sự xuất hiện các loại bùn khó lắng, bùn sệt. Tối thiểu 1 mg/l tổng nitơ hữu cơ và 0.1 - 0.5 mg/l ortho – phot phat phải được bổ sung cho nước thải trong suốt quá trình xử lý.

2.3.4. Bùn tạo khối nhớt (vicous bulking) hay là sự phát triển của Zoogloeal

(Zoogloeal growth)

Hiện tượng bùn tạo khối nhớt được nói đến trong các tài liệu bắt đầu từ những năm 1950 nhưng chưa có những lời giải thích xác đáng cho hiện tượng này. Nguyên nhân được tìm thấy là do có quá nhiều polymer sinh học ngoại bào có tính nhớt, sền sệt và đông như thạch bám chặt vào bùn hoạt tính. Vì polymer sinh học này là chất keo có khả năng hút nước làm cho bùn có khả năng giữ nước cao. Loại bùn có nước này sẽ có vận tốc lắng nhỏ và kém liên kết. Điều này dẫn đến những hậu quả như sau trong bể lắng 2:

- Mất bùn

- Bùn hồi lưu ít

Vì polymer sinh học cũng là tác nhân hoạt động bề mặt tự nhiên. Khi bùn nhớt được làm thoáng quá mức thì hiện tượng tạo bọt có thể sẽ xảy ra. Trong suốt quá trình tạo bọt đó, phần lớn sinh khối sẽ bám vào đám bọt này và thoát ra ngoài bể aerotank.

Phản ứng giữa các vi khuẩn với các chất dinh dưỡng thiếu hụt trong nước thải hay là với những hợp chất độc hại đều tạo ra các polymer sinh học. Đây là một đặc tính của hầu hết các vi sinh vật tạo bọt. Nhưng dưới những điều kiện bình thường

(không có hợp chất độc hại, dinh dưỡng phát triển cân bằng) thì lượng polymer sinh ra

chỉ đủ để hình thành những bông bùn.

Sự phát triển nhanh chóng không được mong đợi của Zoogloeal cũng làm cho bùn tạo khối nhớt. Sự phát triển này làm cho bùn kém liên kết và nổi lên. Zoogloeal phát triển mạnh sẽ tạo ra những đám bọt váng màu trắng lớn trên bề mặt của bể aerotank. Trong bể lắng 2, Zoogloeal phát triển trên thành bể dưới dạng những lớp bọt nhớt màu trắng hoặc trắng xám. Từ “Zoogloeal” được xuất phát từ tên của vi khuẩn Zoogloea ramigera. Đây là một trong loài vi khuẩn hình thành bông bùn đầu tiên được xác định là gây ra hiện tượng bùn tạo khối trong quá trình bùn hoạt tính. Sự phát triển của loài vi khuẩn này đã ảnh hưởng đến những điều kiện vận hành bao gồm: tỉ số F/M cao hoặc thấp, SRT và HRT lớn, thiếu dinh dưỡng, xuất hiện cBOD dễ hòa tan.

Zoogloea ramigera cũng như các loài vi khuẩn tạo bông bùn khác là loài hiếu khí, có dạng hình que. Zoogloeal có 2 hình thức phát triển đó là hình ngón tay hay dạng hình cầu. Trong quá trình phát triển nhanh chóng của mình, những loài vi khuẩn này tạo ra một lượng lớn polysaccharide ngoại bào có tính sệt. Polysaccharide này không hòa tan được trong nước thải, nhẹ hơn nước và có khả năng giữ nước. Nếu polysaccharide giữ lại những bọt khí thì hiện tượng tạo bọt sẽ xảy ra. Bọt điển hình của bùn nhớt nhớt có màu trắng lớn.

Bảng 2.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến bùn khối nhớt

Yếu tố	Nguyên nhân
Đặc điểm nước thải	pH Nhiệt độ Nước thải bị lên men Thành phần dinh dưỡng
Điều kiện thiết kế	Oxy bị giớn hạn Khuấy trộn không tốt Diện tích bể sục khí và bể lắng đợt hai nhỏ Lượng bùn tuần hoàn ít.
Điều kiện vận hành	Oxy hòa tan không đủ Dinh dưỡng thiếu F/M thấp BOD hòa tan không đủ

(Theo Waste Water Engineering – Metcalf & Eddy, bảng 8-9 trang 697)

Thường rất khó cải thiện hiện tượng bùn tạo khối do Zoogloeal. Theo Jenkins và cộng sự, bùn hoạt tính dạng này rất khó kiểm soát bằng polymer hoặc H2O2. Tuy nhiên, theo van Leeuwen, sự phát triển của Zoogloeal có thể kiểm soát bằng cách sử dụng ozone với liều lượng là 1g O3/kg MLSS.ngày.

2.3.5. Bùn nổi (Rising sludge)

Người ta quan sát thấy hiện tượng bùn nổi ở bể lắng 2. Khi quan sát hiện tượng

này trong ống đong bằng thủy tinh, người ta thấy được hai pha rõ rệt như sau:

- Đầu tiên bùn lắng nhanh xuống dưới đáy và liên kết với nhau còn phần nước trong ở phía trên.

- Sau một khoảng thời gian (nhiệt độ được nâng lên, ngay cả ít hơn 30 phút, là một yếu tố có thể gây nên những khác biệt khi đo SVI), một phần hay toàn bộ thể tích bùn lắng bắt đầu nổi lên bề mặt.

Bản chất của hiện tượng này là quá trình khử nitrat nội bào tại lớp bùn lắng. Nitơ bị giải phóng trong suốt quá trình này đồng thời kéo bùn lên trên mặt nước. Henze đã đánh giá tất cả những yếu tố có khả năng ảnh hưởng đến quá trình khử nitrat trong bể lắng 2 và đưa ra những kết luận sau:

- Bùn nổi ở 20º C khi nồng độ nitrat (NO3 - N) từ 6 – 8 mg/l

- Thời gian lưu của lớp bùn lắng nhỏ hơn 1 giờ đủ để khí nitơ sinh ra làm cho bùn nổi lên

Bảng 2.9 Các dấu hiệu nhận biết có quá trình khử nitrat

Sự hiện diện của các khí N2, N2O, và CO2

Sự hiện diện của các bùn nổi tối màu

Độ kiềm tăng

pH tăng

Nồng độ NO2- giảm

Nồng độ NO3 giảm

(Theo Setteability Problems and Loss of Solids in the Activated Sludge Process- Michael H. Gerardi, bảng 8.2 trang 65)

2.3.6. Bọt váng (Foam/Scum)

Bọt được gây ra chủ yếu bởi hai loại vi khuẩn: Norcardia spp, và Microthrix parvicella. Norcardia có cấu trúc dạng sợi ngắn, còn Microthrix parvicella có dạng sợi mỏng dài. Có 3 nguyên nhân chính gây nên sự xuất hiện của các vi khuẩn này:

- Hàm lượng dầu mỡ trong nước thải cao. Hai loại vi khuẩn này đều phát triển thuận lợi ở môi trường có hàm lượng dầu mỡ cao. Những hệ thống xử lý không có bể tách dầu mỡ thường xuất hiện nhiều bùn dạng bọt.

- Tuổi bùn lớn

- Thiếu oxy hay nước thải hôi thối.

Các bể sục khí nhiệt độ cao là môi trường sống thuận lợi của Norcardia trong khi M.parvicella lại sống trong môi trường nhiệt độ thấp. Không thể dùng hoá chất chống bọt để tiêu diệt các bọt váng này bởi sự gắn kết chặt của các vi khuẩn trong bọt. Xử lý bằng clor phần nào có thể kiểm soát được bọt Norcardia nhưng đối với M.parvicella lại hiệu quả hơn. Điều này có thể giải thích như sau: Norcardia thường nằm trong đám bông bùn, sử dụng clor ở nồng độ cao để loại bỏ Norcardia có thể phá vỡ đám bông bùn. Liều lượng clor trong xử lý bọt Norcardia khoảng 50 mg/l là hiệu quả. Bọt gây ra bởi Norcardia thường có màu nâu, dày từ 0,5 – 1 m.

Bảng 2.10 Các dạng vi khuẩn gây bọt váng thường gặp

Vi khuẩn gây bọt	Điều kiện phát triển
Microthrix Parvicella	F/M thấp Nhiệt độ thấp Hàm lượng dầu mỡ, chất béo trong nước thải cao
Norcardia	Dầu mỡ cao Nhiệt độ cao
Loại 1863	DO thấp

pH thấp

Hàm lượng dầu mỡ cao

Hình 2.12 Bùn dạng bọt váng Nocardia

Hiện tượng tạo bọt gây ra bởi vi khuẩn dạng sợi cần phải phân biệt rõ ràng với sự nổi váng do có nhiều hợp chất hoạt động bề mặt như dầu mỡ trong nước thải. Nguyên nhân gây ra hiện tượng bọt váng là do thay đổi ít nhất một trong các điều kiện vận hành sau:

Bảng 2.11 Ảnh hưởng của sự thay đổi về sinh học, hóa học và lý học đến sự hình thành bọt/váng

Điều kiện vận hành	Sự thay đổi về sinh học, hóa học và lý học	Nổi bọt/váng
Vi khuẩn dạng sợi	Sinh học	Nổi bọt
Thiếu dinh dưỡng	Sinh học	Nổi bọt
Tuổi bùn	Sinh học	Nổi bọt
Sự phát triển của Zoogloeal	Sinh học	Nổi bọt
Quá nhiểu chất hoạt động bề mặt	Hóa học	Nổi bọt
Tăng tính kiềm	Hóa học	Nổi bọt
Sự xuất hiện của các polymer cation	Hóa học	Nổi bọt

Chất độc	Hóa học	Nổi váng
Tích lũy chất béo, dầu mỡ	Lý học	Nổi bọt

(Theo Settleability Problems and Loss of Solids in the Activated Sludge Process – Michael H.Geradi, bảng 20.1 trang 126)

a. Bọt

Bọt là một lớp chất rắn, ví dụ như lipids, có khả năng giữ khí. Những khí bị giữ lại thường là CO2, N2 và NO2. Khi đám bọt xẹp xuống thì trở thành váng. Khi miêu tả bọt, người ta thường đề cập đến 2 tính chất là màu sắc và cấu trúc của bọt. 2 tính chất này được miêu tả như bảng sau:

Bảng 2.12 Những dạng bọt chính trong bùn hoạt tính

Nguyên nhân tạo bọt	Màu sắc và cấu trúc
Vi khuẩn dạng sợi	Màu nâu chocolate, nhớt
Thiếu dinh dưỡng	Màu trắng, lớn (tuổi bùn nhỏ) Màu xám, nhờn (tuổi bùn lớn)
Tuổi bùn	Màu trắng lớn, trắng nhỏ, xám nhỏ, nâu đen nhớt và nâu đen nhớt có tính sệt
Sự phát triển của Zoogloeal	Màu trắng, lớn
Quá nhiều chất hoạt động bề mặt	Màu trắng, lớn
Tăng tính kiềm	Màu trắng, lớn
Sự xuất hiện của các polymer cation	Màu trắng, lớn
Tích lũy chất béo, dầu mỡ	Màu nâu đen hoặc đen, nhớt

(Theo Settleability Problems and Loss of Solids in the Activated Sludge Process – Michael H.Geradi, bảng 20.3 trang 126)

Tùy theo từng loại bọt mà có những phương pháp kiểm soát khác nhau. Vì vậy, việc xác định từng loại bọt và nguyên nhân gây ra bọt khi thay đổi điều kiện vận hành là rất quan trọng.

Nổi bọt do vi khuẩn dạng sợi là một qui trình tổng hợp hóa lý và hóa sinh dẫn đến sự ổn định của hệ thống 3 pha khí-nước-vi khuẩn. Sự ổn định của đám bọt là do:

- Vi khuẩn dạng sợi sản xuất ra lipid, lipopeptid, protein và carbohydrate là những tác nhân hoạt động bề mặt.

- Màng tế bào bên ngoài của vi khuẩn dạng sợi rất kị nước.

Những chất hoạt động bề mặt kết hợp với chất làm sạch tổng hợp trong nước thải làm cho những tế bào kị nước của vi khuẩn dạng sợi có khả năng tạo bọt. Sự ổn định của lớp bọt là do sự ổn định của màng chất lỏng xung quanh bám dính vào những bọt khí. Tuy nhiên, khi màng chất lỏng này bốc hơi thì lớp bọt xẹp xuống không đáng kể. Cách duy nhất để phá vỡ sự ổn định của lớp bọt này là giảm sự tập trung những tế bào kị nước bằng cách pha loãng. Sự ổn định của bọt cũng có thể tăng lên khi trong nước thải có chứa những chất nền kị nước như dầu mỡ.

b. Váng

Váng trong bể aerotank có màu nâu. Tùy theo thành phần hóa học của từng loại bọt có trong bể aerotank mà người ta chia váng thành 4 trường hợp như sau:

- Nếu trong bể aerotank có bọt thì váng sẽ tràn từ bể aerotank sang bể lắng 2.

- Nếu thành phần hóa học của bọt tương thích với váng thì váng sẽ hòa tan với bọt trong bể aerotank và làm cho bọt có màu sậm hơn.

- Nếu thành phần hóa học của bọt không tương thích với váng thì váng sẽ nổi lên thành từng mảng màu nâu trên bề mặt của bọt.

- Những vi sinh vật trong bể aerotank sẽ làm tan váng.

Váng xuất hiện trong bể aerotank cũng như trong bể lắng 2 là do có một lượng lớn vi sinh vật bị chết trong bể aerotank. Nguyên nhân làm cho một lượng lớn vi sinh chết có thể là do những thay đổi về nhiệt độ nước thải hoặc là do độc tố trong nước thải. Khi vi sinh chết đi, chúng giải phóng các tế bào có chứa một lượng lớn axit béo. Các axit béo này kết hợp với các ion kim loại có trong nước thải như Ca2+, Mn2+ và tạo thành váng. Như vậy, váng xuất hiện trong bể aerotank và bể lắng 2 là do lớp bọt xẹp xuống và do một lượng lớn vi sinh trong bể chết đi.

Sự hình thành những lớp váng bọt ổn định trong bể aerotank gây ra những vấn đề vận hành như sau:

- Bọt sinh ra liên tục trong quá trình thổi khí thoát ra khỏi bể aerotank làm mất thẩm mỹ (có mùi khi nó bắt đầu phân hủy), gây nguy hiểm cho người vận hành (trượt chân vì bọt phủ nhiều)

- Bọt từ bể aerotank qua bể lắng 2 làm tăng lượng chất rắng lơ lửng đồng thời tăng BOD5 trong dòng ra ở bể lắng 2.

- Nếu bể aerotank được thiết kế không cho bọt trào ra ngoài thì lượng bọt sẽ mắc kẹt và chất đống lại trong một thời gian dài. Cuối cùng, khi thổi khí, có khoảng 30% lượng sinh khối mới sẽ bị bắt giữ lại trong đám bọt đó. Như vậy, người vận hành sẽ không kiểm soát được thông số quan trọng là thời gian lưu nước của sinh khối vì khi lượng bùn bị giữ lại trong đám bọt thì thời gian lưu nước sẽ giảm đáng kể.

- Giảm hiệu quả xử lý.

- Tăng giá thành vận hành.

2.4. LỊCH SỬ VÀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM SOÁT

QUÁ TRÌNH BÙN TẠO KHỐI VÀ TẠO BỌT

2.4.1. Bùn tạo khối

Bùn hoạt tính lắng kém luôn là mối quan tâm hàng đầu đối với những nhà thiết kế và vận hành hệ thống xử lý. Tuy nhiên vấn đề này trước đây chưa được quan tâm đúng mức. Tomlinson đã nghiên cứu và rút ra kết luận rằng hiện tượng bùn tạo khối có liên quan đến điều kiện vận hành của các bể xử lý gián đoạn và liên tục. Thậm chí nguyên nhân do sự phát triển quá mức của các vi khuẩn dạng sợi cũng đã được phát hiện từ lâu. Vào lúc đó vi khuẩn dạng sợi lại được gọi là nấm của bùn hoạt tính (activated sludge fungi). Nhờ các thành tựu của ngành vi trùng học mà từ những năm 1950 đến những năm 1980, các kỹ sư hoá và môi trường đã khám phá ra khoảng 30 loại vi khuẩn dạng sợi có thể gây ra những trở ngại trong quá trình vận hành bùn hoạt tính. Cùng trong khoảng thời gian này, hiện tượng bùn tạo khối không phải do vi khuẩn dạng sợi (non-filamentous bulking) cũng được biết đến nhưng nguyên nhân gây ra thì vẫn còn là ẩn số.

a. Kiểm soát hiện tượng bùn tạo khối và hình dạng các bể phản ứng

Mối quan hệ giữa hình dạng các bể phản ứng và đặc tính lắng của bùn được thiết lập từ khá sớm. Dựa vào các nghiên cứu của Albertson và Tomlinson, vào những năm 1930, Donaldson đã chứng minh được rằng việc chia bể phản ứng thành các ngăn có tác dụng ngăn chặn hiện tượng bùn tạo khối nhưng các nghiên cứu này của ông lại không được công nhận. Vào thập kỷ 60, phát minh này được đưa ra nghiên cứu lại.

Vào giữa thập kỷ 60, các nghiên cứu về gradient nồng độ chất nền để ngăn chặn sự phát triển của các vi khuẩn dạng sợi trong bể bùn hoạt tính được tiến hành ỏ Hà Lan, Anh và Cộng Hoà Séc. Năm 1965, Rensink, người Hà Lan đã chứng minh được rằng nếu các mương oxy hoá thay đổi chế độ nạp nước từ liên tục sang gián đoạn thì có thể giảm đáng kể chỉ số lắng bùn SVI do các vi khuẩn Sphaerotilus sp không sinh sản và phát triển được. Với cùng mục đích trên, Trung Tâm Nghiên Cứu Nước Anh Quốc cũng làm hàng loạt nghiên cứu trong những năm 1960. Các kết quả đều nhất trí rằng gradient nồng độ chất nền càng cao, chỉ số SVI càng nhỏ.

Tương tự như thế, Koller thuộc Viện Kỹ Thuật Hoá Học Prague ở Séc đã nhận thấy rằng ở cùng điều kiện tải trọng như nhau, SVI ở các hệ thống hoạt động gián đoạn thường dưới 70 ml/g trong khi ở các hệ thống hoạt động liên tục lại trên 280 ml/g. Nguyên nhân do sự phát triển quá mức của các vi khuẩn dạng sợi trong các bể khuấy trộn liên tục. Tuy nhiên vi khuẩn dạng sợi quan sát thấy lại không đặc trưng.

Tất cả các thí nghiệm đã chứng minh cho kết luận đúng đắn của Donaldson về việc phân hệ thống bùn hoạt tính thành ngăn. Vào năm 1972, Chudoba, Grau, và Dohanyos thuộc Viện Kỹ Thuật Hoá Học Prague đã được cấp bằng sáng chế cho hệ thống xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính với bể bùn hoạt tính chia thành nhiều ngăn. Bùn tuần hoàn được đưa vào ngăn đầu tiên để trộn chung với nước thải vào rồi đi lần lượt qua các ngăn. Ngăn đầu tiên này được gọi là selector. Tuy nhiên cách gọi này không chính xác mà nên gọi là vùng tiền khuấy trộn (premixing zone) hay vùng tiếp xúc trước tiên (initial contact zone).

b. Kiểm soát quá trình bùn tạo khối dưới những điều kiện vận hành khác

nhau

Bùn hoạt tính có thể vận hành ở điều kiện hiếu khí, kị khí hay thiếu khí. Tuy nhiên cho mãi đến thập kỷ 70 hầu hết các hệ thống đều được vận hành ở chế độ hiếu khí bởi vì các nhà thiết kế và các kỹ sư vận hành đều e ngại rằng vận hành ở chế độ kị khí sẽ làm giảm hiệu quả xử lý nước thải.

Mặc cho nỗi e ngại đó, Albertson, một kỹ sư người Mỹ đã đạt được bằng sáng chế vào đầu thập kỷ 50 khi ông kết hợp cả chế độ kị khí và hiếu khí trong quá trình vận hành bùn hoạt tính. Sự kết hợp táo bạo trên đã cho kết quả hơn cả mong đợi: bùn hoạt tính lắng tốt hơn. Các vi sinh vật kị khí không hề làm giảm mà ngược lại còn tăng cường đặc tính lắng của bùn. Một số thí nghiệm khác cũng cho thấy rằng điều kiện kị khí kiềm hãm sự phát triển của vi khuẩn dạng sợi.

Vào đầu thập kỷ 70 ở Hà Lan, nghiên cứu trên điều kiện thiếu khí ở các mương oxy hoá cũng cho kết quả tương tự. Trong điều kiện thiếu khí, quá trình khử nitrat (denitrification) sẽ xảy ra thay vì quá trình hô hấp khi có oxy. Bùn tuần hoàn với hàm lượng nitrat cao được trộn với nước thải đã được xử lý ở vùng tiền khuấy trộn. Kết quả của quá trình này là hàm lượng P tăng. Tomlinson và Chambers cùng đề nghị thêm vào vùng thiếu khí trước quá trình khử nitrat (anoxic predenitrification zone) trong các bể phản ứng hiếu khí chính để kiểm soát quá trình bùn tạo khối do dạng sợi. Vi khuẩn dạng sợi bị kiềm hãm phát triển là do cường độ khuấy trộn theo chiều dọc giảm trong hệ thống sau khi nước vào vùng khuấy trộn thiếu khí. Ở Đức, Hoffman qua nghiên cứu cũng nhất trí với việc phân chia các vùng thiếu khí để kiểm soát quá trình bùn tạo khối.

c. Các phương pháp chung cho quá trình kiểm soát hiện tượng bùn tạo

khối

Các phương pháp này thường không dùng để trị căn nguyên của hiện tượng này

(tức là tìm cách ngăn chặn sự phát triển rồi dần dần tiêu diệt các vi khuẩn dạng sợi) mà chỉ làm giảm số lượng vi khuẩn dạng sợi hiện có trong bùn hoạt tính. Một số phương pháp là tự nhiên và tự phát trong khi một số khác lại là những can thiệp tương đối thô bạo vào quá trình bùn hoạt tính.

Phương pháp cổ điển nhất là là tăng khối lượng riêng của bùn hoạt tính và như

vậy sẽ tăng tốc độ lắng. Phương pháp này thường dùng trong bể bùn khi không có giai

đoạn tiền xử lý. Matsche đưa ra một ví dụ từ bùn hoạt tính trong hệ thống xử lý nước thải ở Vienna-Blumental có hàm lượng các vi khuẩn dạng sợi (Microthrix parvicella, Nostocoida Limicola và loại 021N) cao nhưng SVI < 100ml/g. Hay nhờ các phân tử rắn từ cây củ cải đường trong các nhà máy sản xuất đường ở Úc mà chỉ số SVI thấp (30 – 40 ml/g) mặc dù có khá nhiều vi khuẩn Sphaerotilus natans trong bùn. Ở Châu Âu lại thịnh hành cách tăng tốc độ lắng bằng phương pháp bổ sung các chất keo tụ đặc biệt là ở Áo và Đức.

Các hệ thống xử lý nước thải ở Vienna-Simmering thường cho sulphat sắt (với hàm lượng sắt là 7g/m3) để giữ chỉ số lắng của bùn dưới 150ml/g trong môi trường nhiều vi khuẩn dạng sợi. Ở Đức, hàm lượng Fe đề nghị dùng là khoảng 35g/m3 trong vòng ít nhất là10 ngày.

Có thể tiêu diệt vi khuẩn dạng sợi bằng cách dùng clor. Clor được dùng rộng rãi ở nhiều nước đặc biệt là Mỹ. Các nhà ủng hộ việc dùng clor cho rằng nếu dùng hoá chất này đúng chỗ và đúng liều lượng, thì không việc gì phải lo lắng đến tình trạng quá nhiều hợp chất hữu cơ bị clor hoá. Tuy nhiên ở Châu Âu, clor chỉ được sử dụng trong tình huống khẩn cấp. Để tránh tình trạng các hydrocacbon bị clo hoá, người ta sử dụng H2O2 hay ozone. Theo các tại liệu cho thấy ozone đã được sử dụng thành công ở Nam Phi. Ozone có thể dùng để khống chế cả hiện tượng bùn tạo khối do và không do vi khuẩn dạng sợi.

d. Lý thuyết về hiện tượng bùn tạo khối

Vào năm 1985, vấn đề bùn khối là cuộc cạnh tranh giữa vi sinh vật tạo bông và vi sinh vật dạng sợi, trong đó vi sinh vật tạo bông đóng vai trò tiêu thụ các chất nền tan trong nước. Vào thời điểm đó, kết luận này có vẻ hợp lý vì các mô hình thí nghiệm đều chỉ ra rằng Sphaerotilus natans và loại 021N là 2 loại vi khuẩn dạng sợi chiếm ưu thế nhất (2 loại này có năng lực tiêu thụ chất nền tan thấp).

Sau này khi khoa học tiến bộ hơn, Eikelboom đã quan sát thấy có 30 loại vi khuẩn dạng sợi khác nhau không chỉ về hình thái học, sinh lý hay mà cả những ảnh hưởng của chúng đối với bùn hoạt tính. Các loại vi khuẩn dạng sợi này cũng được dùng là vi sinh vật chỉ thị các nguyên nhân làm bùn tạo khối. Theo Chiesa và Irvine (1985) có 3 loại vi sinh vật:

ăn.

1. Zoogloeal (vi sinh vật tạo bông)

2. Loại vi khuẩn dạng sợi phát triển nhanh nhưng không chịu được thiếu thức

3. Loại vi khuẩn dạng sợi phát triển chậm nhưng có thể chịu được tình trạng

thiếu thức ăn kéo dài.

Wanner và Grau, dựa vào hình thái học, sinh thái học, quá trình trao đổi chất giống nhau và về sự hiện diện của chúng ở những điều kiện vận hành tương tự nhau, mà phân chia thành 4 nhóm đặt tên là S, C, A, F.

1. S-loại sinh trưởng chỉ ở vùng thiếu khí giống Sphaerotilus.

2. C-loại sinh trưởng chỉ ở vùng thiếu khí giống Cyanophyceae.

3. A-loại sinh trưởng ở tất cả các vùng.

4. F-loại vi khuẩn dạng sợi tạo bọt.

Gujer và Kappeler là hai người có những nghiên cứu tương đối công phu đối với động học quần thể bùn hoạt tính. Theo họ, vi sinh vật trong bùn tiêu thụ 2 loại chất nền là các chất dễ dàng bị phân huỷ và các sản phẩm từ quá trình thuỷ phân một số chất nền nhất định. 3 nhóm đó là:

1. Vi sinh vật dị dưỡng tạo bông.

2. Vi sinh vật dị dưỡng dạng sợi.

3. Loại Nocardia.

Còn đối với Jenkins, ông phân làm 4 nhóm khi xem xét đặc điểm sinh lý học

của vi sinh vật tạo bông và dạng sợi như sau:

1. Nhóm tạo bông thứ nhất: từ các hệ thống nạp và khuấy trộn hoàn chỉnh hay

từ hệ thống bùn hoạt tính có vùng kỵ khí.

2. Nhóm tạo bông thứ hai: từ các bể bùn hoạt tính có gradient nồng độ chất nền

cao.

3. Nhóm vi khuẩn dạng sợi thứ nhất: Sphaerotilus natans, 1701 và 021N.

4. Nhóm vi khuẩn dạng sợi thứ hai: Microthrix parvicella và loài 0092.