B QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI ẰNG PHƯƠNG PHÁP HIẾU KHÍ
2.7. Cấu trúc của các chất bẩn và bùn hoạt tính
Tác nhân tham gia vào quá trình phân hủy các chất bẩn hữu cơ là vi khuẩn, xạ khuẩn, nấm và một số động vật hạ đẳng. Bên cạnh các chất dễ bị oxy hóa như hydrate carbon cịn có rất nhiều chất bị oxy hóa một phần hoặc thậm chí hồn tồn khơng bị phân hủy dù có những vi khuẩn thích nghi tham gia q trình. Đó là những chất hữu cơ tổng hợp: hydrate carbon, rượu, andehyte, esthe, …
Ngồi carbon, nếu trong mạch cịn có các ngun tử khác nhau sẽ làm cho chất hữu cơ bền vững hơn đối với q trình oxy hóa sinh hóa. Ảnh hưởng nhiều nhất là mạch có oxy rồi đến lưu huỳnh và nitơ.
Bùn hoạt tính và màng vi sinh vật là tập hợp các loại vi sinh vật khác nhau. Bùn hoạt tính là bơng màu vàng nâu dễ lắng có kích thước 3 – 150 micromet. Những bơng gồm có vi sinh vật sống và chất rắn (40%). Những sinh vật sống là vi khuẩn, động vật hạ đẳng, dòi, giun, nấm men, nấm mốc và xạ khuẩn.
Màng vi sinh vật phát triển ở bề mặt các hạt vật liệu lọc có dạng nhầy, dày 1 – 3 mm và hơn nữa. màu của nó thay đổi theo thành phần của nước thải, từ vàng xám đến nâu tối. Màng vi sinh vật cũng gồm vi khuẩn, nấm mốc và các sinh vật khác. Trong quá trình xử lý, nước thải sau khi qua bể lọc sinh học, có mang theo các hạt của màng vi sinh vật hình dạng khác nhau, kích thước 15 – 30 micromet với màu vàng sáng hoặc nâu.
Những lồi vi khuẩn tham gia vào q trình xử lý thường là các lồi trực khuẩn không tạo nha bào Gram âm. Sự có mặt các lồi vi khuẩn dị dưỡng, với nhiều kiểu trao đổi chất sẽ làm cho bùn hoạt tính nhanh chóng thích nghi với nhiều loại nước khác nhau. Ngồi ra chúng cịn có thể sử dụng nitơ hữu cơ. Nhiều lồi có khả năng khử Nitrate.
Cho đến nay, người ta đã biết vi sinh vật có thể phân hủy tất cả chất hữu cơ có trong thiên nhiên và rất nhiều chất hữu cơ nhân tạo.
2.7.1. Những đặc tính của vi sinh vật
Trong thực tế, người ta dùng bùn hoạt tính và màng sinh vật là hai cấu trúc của các loại sinh vật tham gia xử lý nước thải.
25
Bùn hoạt tính là bơng màu vàng nâu, dễ lắng, có kích thước từ 3 – 150 micromet. Những bơng bùn có các vi sinh vật sống và chất rắn (40%). Những sinh vật sống là vi khuẩn, động vật hạ đẳng, dòi giun, nấm men, nấm mốc và các sinh vật khác. Vi khuẩn có thể được phân chia thành các họ. Tùy thuộc theo khả năng sinh hóa, sinh lý, kích thước, hình dạng và sự thích nghi với mơi trường của chúng: Pseudomonas,
Bacterium, Bacillus, Cocynebacterium, Astrobacte, Mycobacterium, Micrococcus, Saccina, Nocadia,…
Các lồi vi sinh lại được phân chia thành các nhóm – sắp xếp theo chế độ hấp thụ các chất dinh dưỡng trong nước thải.
Họ Pseudosomonadineae (chiếm 50 – 80% lượng vi khuẩn) được chia thành các nhóm:
- Methanomonas : vi sinh vật lên men methan - Nitrosomonas: vi sinh vật oxy hóa nitrit
- Hydrogenomonas: vi sinh vật oxy hóa phân tử hydro
- Sulformonas, Thiobacillus : vi sinh vật hồi phục các hợp chất chứa lưu huỳnh. - Ngoài ra, Hydrogenomonas cịn tích cực phân giải các hợp chất thơm và các
chất hữu cơ mạch vòng. Sulformonas còn hấp thụ tốt các chất hữu cơ.
Họ Bacterium (gồm 30 loại) chia thành:
- Bact. Aliphacitum, Bact.Naphtalinicus, Bact.Benzoni, Bact.Cycloclastes, có khả năng hấp thụ dầu, sáp, phenol, mỡ, …
- Bact. Mycoides: phân giải hợp chất chứa nitơ
- Thiobacterium, phiotrix: oxy hóa các hợp chất chứa lưu huỳnh.
2.7.2. Sự phân giải các chất hữu cơ ở quá trình xử lý sinh học hiếu khí
Mức độ hấp thụ
Các chất được hấp thụ phải là các chất bị oxy hóa. Chất dễ hấp thụ nhất: các chất vơ cơ và các chất hữu cơ:
- Những hợp chất với trọng lượng phân tử lớn với cấu trúc nhiều mạch nhánh bên là những chất khơng bị oxy hóa sinh hóa.
- Các chất khơng bị oxy hóa sinh hóa là những chất khó thẩm thấu khuếch tán qua màng tế bào, dẫn đến men (enzyme) của vi sinh vật rất khó xâm nhập.
26
- Đối với những chất có ngun tử C ở trung tâm, dù chỉ cịn một liên kết C-H thì mức độ ảnh hưởng của cấu trúc nhánh phân tử đối với q trình oxy hóa sinh hóa sẽ giảm đi.
- Trong liên kết C-H, nếu thay nguyên tử hydro bằng các nhóm alkyl hoặc aryl thì sẽ khó bị oxy hóa sinh hóa hơn.
- Ngồi C, nếu trong mạch có các nguyên tử khác nhau thì sẽ làm cho các chất hữu cơ bền vững hơn đối với q trình oxy hóa sinh hóa. Ảnh hưởng nhiều nhất là mạch có oxy rồi đến lưu huỳnh và nitơ.
Quá trình hấp thụ chất hữu cơ biểu diễn ở dạng tống quát như sau:
Chất hữu cơ Enzyme Tế bào vi khuẩn
CXHYOZ, O2, N, P
C5H7NO2, CO2, H2O,
những chất tan không phân hủy C5H7NO2, O2 CO2, H2O, NH3, nhiệt lượng,
những chất không phân hủy
2.7.3. Những nhân tố ảnh hưởng đến q trình xử lý sinh học hiếu khí:
Oxy hịa tan:
Hàm lượng oxy trong nước thải (>= 2 mg/l)
Chất rắn lơ lửng:
SS không quá 150 mg/l
Hàm lượng dầu: không quá 25 mg/l
Nhiệt độ:
Dạng Khoảng nhiệt độ (0
C) Khoảng tối ưu (0 C)
Ưa lạnh 10 – 30 12 – 18 Ưa ấm 20 – 50 25 – 40 Ưa nóng 35 – 75 55 – 65
27
pH:
Nếu cao hoặc thấp quá làm ảnh hưởng đến môi trường phát triển của vi sinh vật. Tối ưu cho vi khuẩn phát triển trong khoảng 6,5 – 7,5. Phần lớn vi khuẩn không chịu đựng được ở pH > 4 và pH < 9.
Dinh dưỡng:
Những chất dinh dưỡng chủ yếu cần cho vi sinh vật là: N, P, S, K, Mg, Ca, Fe, Na và Cl.
Nguyên tố vi lượng
Những chất dinh dưỡng vi lượng cần cho vi sinh vật là: Zn, Mn, Mo, Se, Co, Cu và Ni.
Kim loại nặng
Hàm lượng kim loại nặng trong nước thải quá cao sẽ ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng, phát triển cũng như đồng hóa chất hữu cơ của vi sinh vật.
2.7.4. Ưu và nhược điểm
Ưu điểm:
Hiệu quả cao, xử lí triệt để.
Hạn chế ơ nhiễm thứ cấp như phương pháp hóa học, vật lý. Có thể xử lí cả Nitơ, Photspho.
Nhược điểm:
Cơng trình lớn, chiếm diện tích. Chi phí lắp đặt, vận hành cao. Xử lí nước thải có tải trọng thấp.
28
CHƯƠNG 3 - VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU