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)