Vi khuẩn là một tổ chức nguyên thuỷ, đơn bào, cơ thể chứa khoảng 85% là nước và 15% là các khoáng chất hay chất nguyên sinh. Chất nguyên sinh phần lớn là S, K, Na, Ca, Cl và một lượng nhỏ Fe, Si, Mg. Chúng sinh sôi và nảy nở nhờ hình thức tự nhân đôi. Vi khuẩn có thể xem là một trong những sinh vật sống nhỏ bé nhất, có đường kính 0,5 – 2 micromet và chiều dài từ 1 – 10 micromet.
Các vi khuẩn được phân làm 3 nhóm chính dựa vào hình dạng tự nhiên hay trạng thái tồn tại của chúng. Dạng đơn giản nhất là vi khuẩn cầu, còn gọi là Cocci. Dạng thứ hai là các vi khuẩn hình que, gọi là Bacillus. Dạng cuối cùng là các vi khuẩn hình xoắn hoặc cong, gọi là Spirilla. Đại đa số vi khuẩn
đóng vai trò quan trọng trong việc phân huỷ chất hữu cơ, biến chất hữu cơ thành chất ổn định tạo thành bông cặn dễ lắng.
Vi khuẩn ký sinh (paracitic bacteria) là vi khuẩn sống bám vào vật chủ, thức ăn của nó là thức ăn đã được vật chủ đồng hoá, chúng thường sống trong đường ruột của người và động vật đi vào nước thải theo phân và nước tiểu.
Vi khuẩn hoại sinh (saprophytic bacteria) dùng chất hữu cơ không hoạt động làm thức ăn, nó phân huỷ cặn hữu cơ làm chất dinh dưỡng để sống và sinh sản, và thải ra các chất gồm cặn hữu cơ có cấu tạo đơn giản là cặn vô cơ. Bằng quá trình hoạt động như vậy, vi khuẩn hoại sinh đóng vai trò tích cực quan trọng trong việc làm sạch nước thải. Nếu không có hoạt động sống và sinh sản của vi khuẩn, quá trình phân huỷ sẽ không xảy ra. Có rất nhiều loài vi khuẩn hoại sinh, mỗi loài đóng một vai trò đặc biệt trong mỗi công đoạn của quá trình phân huỷ hoàn toàn cặn hữu cơ có trong nước thải và mỗi loài sẽ tự chết khi hoàn thành qui trình sống và sinh sản ở giai đoạn đó.
Tất cả các vi khuẩn kí sinh và hoại sinh cần có thức ăn để oxy và đồng hoá. Một số loài trong số vi khuẩn này chỉ có thể hô hấp bằng oxy hoà tan trong nước gọi là vi khuẩn hiếu khí, còn quá trình phân huỷ chất hữu cơ của chúng gọi là quá trình hiếu khí hay quá trình oxy hoá. Một số loài khác trong số các vi khuẩn này không thể tồn tại được khi có oxy hoà tan trong nước. Những vi khuẩn này gọi là vi khuẩn kỵ khí và quá trình phân huỷ này gọi là quá trình kỵ khí, qua strình này tạo ra các chất có mùi khó chịu. Còn một số loài vi khuẩn hiếu khí trong quá trình phân huỷ chất hữu cơ, nếu thiếu hoàn toàn oxy hoà tan, chúng có thể tự điều chỉnh để thích nghi với môi trường gọi là vi khuẩn hiếu khí lưỡng nghi.
Sự tự điều chỉnh để thích nghi với môi trường cso sự thay đổi của oxy hoà tan cảu vi khuẩn hoại sinh là rất quan trọng trong qui trình phân huỷ chất hữu cơ của nước thải trong các công trình xử lý.
Peseudomonas Desulfovibrio
(phân huỷ dratcacbon, nitrat hoá) (khử sunfat, khử nitrat)
Bacillus Nitrosomonas (nitrat hoá) (phân huỷ hydratcacbon, protein)
Microthrix parvicella Zoogloea
Hình 3.3. Một số vi sinh vật trong xử lý nước thải
Nhiệt độ nước thải có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hoạt động và sinh sản của vi khuẩn, phần lớn vi khuẩn hoại sinh hoạt động có hiệu quả cao và phát triển mạnh mẽ ở nhiệt độ 20 – 40oC. Một số loài vi khuẩn trong quá trình xử lý cặn phát triển ở nhiệt độ 50 – 60oC. Khi duy trì các điều kiện môi
trường: thức ăn, nhiệt độ, pH, oxy, độ ẩm thích hợp để vi khuẩn phát triển thì hiệu quả xử lý sinh học trong công trình sẽ đạt hiệu quả cao nhất.
Tuy nhiên, tất cả các vi khuẩn đều có lợi cho quá trình sinh hoá, một vài trong số chúng là loại gây hại. Có hai loài vi khuẩn có hại có thể phát triển trong hệ thống hiếu khí/thiếu khí. Một là các dạng vi khuẩn dạng sợi (filamentous) là các dạng phân tử trung gian, thường kết vứoi nhau thành lớp lưới nhẹ nổi lên mặt nước và gây cản trở quá trình lắng đọng trầm tích; làm cho lớp bùn đáy không có hiệu quả, sinh khối sẽ không gắn kết lại và theo các dòng chảy sạch đã xử lý ra ngoài. Một dạng vi khuẩn khác có hại khác tồn tại trong lượng bọt dư trong các bể phản ứng sinh hoá, phát sinh từ các hệ thống thông gió để tuần hoàn oxy trong hệ thống.
Các vi sinh vật có hại thường xuất hiện trong hệ thống xử lý kỵ khí và các vi khuẩn khử sunfat. Nhìn chung, lợi ích thu được từ thiết kế vận hành hệ thống xử lý kỵ khí là tạo ra sản phẩm khí metan có giá trị kinh tế. Tuy nhiên, nếu trong nước thải chứa sunfat ở nồng độ quá cao, lúc đó các vi khuẩn khử sunfat sẽ cạnh tranh với các chất nhường điện tử, kết quả là tạo ra sản phẩm sunfit. Điều này không những sẽ ảnh hưởng đến sản lượng khí mêtan tạo thành, mà còn tạo các sản phẩm không có lợi cho quá trình vận hành hệ thống.
b) Nấm men:
Nấm men thuộc cơ thể đơn bào, có hình dạng khác nhau và hầu như không ổn định, nó phụ thuộc vào tuổi của nấm men và điều kiện nuôi cấy. Thường chúng có hình cầu, hình elip, hình bầu dục và cả hình dài. Một số loài nấm men có tế bào hình dài nối với nhau tạo thành những sợi nấm gọi là khuẩn ty (mycelium) hay khuẩn ty giả (pseudomycelium).
Tế bào nấm men thường có kích thước lớn gấp từ 5 – 10 lần tế bào vi khuẩn. Kích thước trung bình của nấm men là: chiều dài 9 – 10 micromet, chiều rộng 2 – 7 micromet. Kích thước của tế bào nấm men thay đổi theo điều kiện nuôi cấy tuổi sinh lý.
Hình thức sinh sản của nấm men có 3 hình thức chủ yếu: