3.1.2.1.Giới thiệu về bùn hoạt tắnh và quá trình bùn hoạt tắnh.
Bùn hoạt tắnh là tập hợp của khối quần thể các vi sinh vật hoạt tắnh có khả năng hấp thụ trên bề mặt của nó và oxy hóa chất hữu cơ trong nước thải (ổn ựịnh chất hữu cơ) với sự có mặt của oxy. Bùn hoạt tắnh là bông màu vàng nâu, dễ lắng có kắch thước từ 3Ờ150ộm. Những sinh vật sống là vi khuẩn, ựộng vật hạ ựẳng, dòi, giun, nấm men, nấm mốc và xạ khuẩn.
Trong quá trình xử lý sinh học thì quá trình bùn hoạt tắnh là quá trình có tắnh linh hoạt nhất, nó có thể giảm tối ựa các chất hữu cơ với phạm vi thay ựổi BOD rộng. Vì thế mà chúng ựược áp dụng rộng rãi ựể xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp.
Quá trình bùn hoạt tắnh gồm các bước sau: - Trộn lẫn bùn hoạt tắnh với nước thải ựể xử lý
- Khuấy trộn và sục khắ hỗn hợp với yêu cầu trong một thời gian dài.
- Làm trong nước và tách bùn hoạt tắnh từ hỗn hợp trong quy trình tại bể lắng cuối.
- Tuần hoàn bùn hoạt tắnh ựể trộn lẫn với nước thải ựầu vào. - Loại bỏ bùn dư.
Bông bùn hoạt tắnh là một hệ vi sinh vật phức tạp bao gồm: vi khuẩn,
Aetponicet, nguyên sinh ựộng vật, nấm, tảo, virusẦ Vi khuẩn trong bùn hoạt tắnh thuộc dạng: Alkaligenes, Achromobacter, Pseudomonas, Corynebacterium.
3.1.2.2.Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật trong bùn hoạt tắnh.
Các vi sinh vật sẽ hấp thụ và ựồng hóa các chất dinh dưỡng trong nước thải ựể tăng sinh khối (tăng trọng lượng và kắch thước) và phát triển (tăng số lượng). Mỗi loại vi sinh vật có ựường cong sinh trưởng và phát triển riêng và phụ thuộc vào nguồn thức ăn, chất dinh dưỡng có sẵn, ựiều kiện môi trường như pH, nhiệt ựộ, ựiều kiện kị khắ hay hiếu khắ.
Hình 3.1: Các giai ựoạn tăng sinh khối của tế bào vi khuẩn theo thang log.
Các giai ựoạn sinh trưởng của vi khuẩn:
- Pha lag (lag phase) (giai ựoạn tiềm tàng): là giai ựoạn vi khuẩn cần thời gian ựể thắch nghi với môi trường dinh dưỡng. Ở giai ựoạn này, vi khuẩn chỉ tăng sinh khối chứ không tăng về số lượng. Thời gian của pha lag phụ thuộc vào các yếu tố tiền sử của tế bào như tuổi, khả năng chống chọi và khả năng chịu ựựng với các yếu tố vật lý, hóa họcẦ và thành phần môi trường nuôi cấy.
- Pha log (log phase) (giai ựoạn tăng sinh khối theo hàm số mũ): trong môi trường thức ăn dồi dào ở pha log, vi khuẩn sản xuất ra nhiều enzim cần thiết cho quá trình sinh trưởng nên khả năng thu nhận và ựồng hóa thức ăn cũng như tốc ựộ phân chia của tế bào vi sinh vật ựạt ựến giá trị tối ựa.
- Pha ổn ựịnh (Stationary phase): giai ựoạn tăng trưởng chậm dần do thiếu hụt chất dinh dưỡng và chất nhận ựiện tử cùng với sự sản sinh và tắch tụ các sản phẩm trao ựổi chất ựộc hại. Trong môi trường cạn kiệt thức ăn, tốc ựộ tăng sinh khối của VSV giảm dần, số lượng VSV ựạt ựến giá trị ổn ựịnh, số lượng sinh ra ựúng bằng số lượng chết ựi.
- Pha chết (death phase): giai ựoạn hô hấp nội bào Ờ xảy ra khi tốc ựộ sinh trưởng giảm, nồng ựộ chất dinh dưỡng tối thiểu. VSV chết theo logarit: do nồng ựộ
Pha ổn ựịnh
Pha lag Pha
log Pha chết Thời gian G iá t rị l o g c ủ a số l ư ợ n g v i si n h v ật
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MÔ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN
SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 37
chất dinh dưỡng trong môi trường ựã cạn kiệt, buộc VSV phải thực hiện quá trình trao ựổi chất bằng chắnh nguyên sinh chất có trong tế bào, làm nguyên sinh khối bùn giảm. Dinh dưỡng còn lại trong tế bào chết sẽ khuếch tán ra ngoài môi trường cung cấp cho các tế bào còn sống.
Lúc này tốc ựộ các VSV chết vượt xa tốc ựộ sinh sản và tế bào VSV mới.
3.1.2.3.Cơ chế của quá trình phân hủy các chất trong tế bào
Quá trình phân huỷ hiếu khắ trong nước thải gồm 3 giai ựoạn: - Oxy hóa các chất hữu cơ.
CxHyOz + O2 CO2 +H2O + ậH - Tổng hợp xây dựng tế bào.
CxHyOz + O2 tế bào SV + CO2 +H2O + C5H7NO2 + ậH - Tự oxy hóa chất liệu tế bào.
C5H7NO2 + 5O2 CO2 + 2H2O + NH3 + ậH
ậH là năng lượng ựược sinh ra hay hấp thu vào. Các chỉ số x, y, z phụ thuộc vào dạng chất hữu cơ chứa Cacbon bị oxy hóa. đối với hợp chất hữu cơ chứa Nitơ, Lưu huỳnh cũng có thể ựược theo kiểu các phương trình trên.
3.1.2.4.Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình bùn hoạt tắnh.
Ảnh hưởng của pH.
Giá trị pH tối ưu của ựa số các vi sinh vật từ 6.5 Ờ 8.5, vi khuẩn tăng trưởng ở pH =7.
Giá trị pH ảnh hưởng rất lớn ựến quá trình tạo men trong tế bào và quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng vào tế bào.
Ảnh hưởng của nhiệt ựộ.
Nhiệt ựộ nước thải là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng sự tăng trưởng và sống còn của vi sinh vật trong quá trình bùn hoạt tắnh. đối với ựa số vi sinh vật, nhiệt ựộ nước thải trong quá trình xử lý không dưới 600C và không quá
Enzim
Enzim
3700C. Sự tăng nhiệt ựộ có thể dẫn ựến biến tắnh protein, ựặc biệt là enzim, ựồng thời thay ựổi cấu trúc màng, dẫn ựến sự thay ựổi tắnh thấm của màng.
Ảnh hưởng của kim loại nặng.
Phần lớn kim loại nặng thường hiện diện trong nước thải công nghiệp. Hầu hết các kim loại nặng thường xâm nhập vào bùn hoạt tắnh ở dạng hòa tan hay dưới dạng các ion tự do. Khi các kim loại này hấp thụ vào bề mặt của tế bào vi sinh vật tạo ra các phản ứng hóa lý, và ựược hấp thụ vào trong tế bào, tấn công các enzim.
Ảnh hưởng của chất dầu mỡ và chất béo trong nước thải.
Chất béo thường gặp trong nước thải sinh hoạt là các chất bơ, margarine, dầu thực vật, dầu ăn, thịtẦ chất béo và dầu mỡ là những hydrocacbon mạch dài nên thường bền vững và khó bị phân huỷ sinh học. Trong quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tắnh, các hợp chất này sẽ bao phủ các bông bùn. Ngoài ra chúng ựược hấp thụ vào thành tế bào vi khuẩn và tăng nồng ựộ MLSS (Michael H. Gerardi, 2003).
Sự lên men của nước thải
Nước thải lên men hay sự hiện diện của quá nhiều acid và rượu ựơn giản, hòa tan sẽ là môi trường sống và phát triển của một số vi khuẩn dạng sợi không mong muốn. Nồng ựộ của các acid, rượu hòa tan ựơn giản khoảng 200mg/l sẽ tạo ựiều kiện cho các vi khuẩn dạng sợi sinh sôi như: Beggiatoa sp, Microthrix parvicella, Thiothrix sp và loại 021N (Michael H. Gerardi, 2003).
Nhu cầu ôxy.
Vi sinh vật có thể tăng trưởng khi có hoặc vắng mặt của oxy. Phần lớn nhu cầu oxy cho quá trình bùn hoạt tắnh DO≥ 2.0mg/l. Thông thường khi oxy bị giới hạn, các vi sinh vật dạng sợi sẽ chiếm ưu thế, làm bùn hoạt tắnh trở nên khó lắng. Nhưng nếu tăng hàm lượng oxy hòa tan một cách không cần thiết sẽ tăng chi phắ vận hành trong khi không cải thiện hiệu quả xử lý nhiều (Michael Richard và cộng sự http://www.searchbrown.com).
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU BẰNG MÔ HÌNH HỢP KHỐI KẾT HỢP PHƯƠNG PHÁP CƠ HỌC VÀ SINH HỌC GVHD: Th.S LÂM VĨNH SƠN
SVTH: PHAN THANH HẢI Trang 39
Vi khuẩn và vi sinh vật sống dùng chất dinh dưỡng N, P, chất hữu cơ (BOD), làm thức ăn ựể chuyển hóa chúng thành sản phẩm cuối (không phân huỷ) và tế bào mới. Thiếu các chất dinh dưỡng sẽ kiềm hãm và ngăn cản các quá trình oxy hóa sinh hóa. Ngoài ra, cần phải thêm K, Mg, Ca, S, FeẦ các nguyên tố này thường có ựủ trong nước thải nên ta không cần phải thêm vào. để xác ựịnh sơ bộ lượng nguyên tố dinh dưỡng cần thiết trong nước thải có thể chọn theo tỷ lệ sau:
BODtoàn phần: N:P = 100:5:1 hay COD:N:P = 150:5:1.
Lượng bùn tuần hoàn.
Mục ựắch chắnh của việc tuần hoàn bùn là duy trì nồng ựộ MLSS cần thiết trong các bể làm thoáng. Tuy nhiên, thông thường người ta lấy khoảng 50 Ờ 70% của lưu lượng nước thải trung bình. Nồng ựộ MLSS trong bùn tuần hoàn khoảng từ 4000 Ờ 12000 mg/l. (Mrtcalf & Eddy, 2003).
Thời gian lưu bùn.
Thời gian lưu bùn hay còn gọi là tuổi bùn, ảnh hưởng lớn ựến sự hiện diện của các vi sinh vật trong bông bùn hoạt tắnh dựa trên tốc ựộ phát triển và phân huỷ.