NƯỚC THẢI 3.1 Tổng quan về quá trình sinh học hiếu khí
3.2.3.2 Quá trình tiêu thụ cơ chất làm sạch nước
Lớp màng vi sinh vật phát triển trên bề mặt đệm tiêu thụ cơ chất như chất hữu cơ, oxy, nguyên tố vết (các chất vi lượng)… cần thiết cho hoạt động của vi sinh vật từ nước thải tiếp xúc với màng.
Quá trình tiêu thụ cơ chất như sau: đầu tiên cơ chất từ chất lỏng tiếp xúc với bề mặt màng và tiếp đó chuyển vận vào màng vi sinh theo cơ chế khuếch tán phân tử.
Trong màng vi sinh vật diễn ra quá trình tiêu thụ cơ chất và quá trình trao đổi chất của vi sinh vật trong màng. Đối với những loại cơ chất ở thể rắn, dạng lơ lửng hoặc có phân tử khối lớn không thể khuếch tán vào màng được, chúng sẽ bị phân hủy thành dạng có phân tử khối nhỏ hơn tại bề mặt màng và sau đó mới tiếp tục quá trình vận chuyển và tiêu thụ trong màng vi sinh như trên. Sản phẩm cuối của quá trình trao đổi được vận chuyển ra khỏi màng vào trong chất lỏng. Quá trình tiêu thụ cơ chất được mô tả bởi công thức chung như sau:
Màng hiếu khí:
Chất hữu cơ + 02 + nguyên tố vết sinh khối của vi khuẩn + sản phẩm cuối
Màng kị khí:
Chất hữu cơ + nguyên tố vết sinh khối của vi khuẩn + sản phẩm cuối
Các phương trình trên miêu tả chung quá trình tiêu thụ cơ chất bởi vi sinh vật, không chỉ riêng đối với quá trình màng vi sinh vật.
Khi một trong những thành phần cần thiết cho vi sinh vật tiêu thụ bị thiếu, những phản ứng sinh học sẽ xảy ra không đều. Chẳng hạn, nếu một trong những cơ chất bị hết ở một chiều sâu nào đấy của màng vi sinh vật, tại đó những phản ứng sinh học sẽ không tiếp tục xảy ra, và cơ chất đó được gọi là cơ chất giới hạn của quá trình, đồng thời chiều sâu hiệu quả của màng vi sinh vật cũng được xác định từ vị trí đó.
Các nguyên tố vết như nitơ, photphat, và kim loại vi lượng nếu không có đủ trong nước thải theo tỉ lệ của phản ứng sinh học sẽ trở thành yếu tố giới hạn của phản ứng. Tương tự, chất hữu cơ hoặc oxy cũng có thể trở thành yếu tố giới hạn trong màng hiếu khí. Thông thường, nếu nồng độ oxy hoà tan trong nước thải tiếp xúc với màng thấp hơn nồng độ chất hữu cơ, oxy hòa tan sẽ trở thành yếu tố giới hạn. Do đó, ngay cả trong trường hợp màng hiếu khí, lớp màng ở bên trong vị trí tiêu thụ hết oxy trở thành thiếu khí (anoxic) hoặc kỵ khí (anaerobic). Lớp màng kỵ khí không đóng vai trò trực tiếp trong việc làm sạch nước thải. Tuy nhiên, trong lớp màng kỵ khí có thể diễn ra các quá trình hóa lỏng, lên men acid chất hữu cơ dạng hạt rắn, oxy hóa chất hữu cơ và hình thành sulfide bởi sự khử sulfate, hoặc khử nitrat, nitrit tạo ra từ lớp màng hiếu khí. Vì vậy, sự đồng tồn tại của hoạt động hiếu khí và kỵ khí trong lớp màng vi sinh vật là một yếu tố rất quan trọng trong quá trình màng vi sinh vật.