CHƢƠNG 2 LƢỢC KHẢO TÀI LIỆU
2.7. Cơ sở lý thuyết của q trình bùn hoạt tính
2.7.1. Giới thiệu về bùn hoạt tính và quá trình bùn hoạt tính
Bùn hoạt tính là tập hợp của khối quần thể các vi sinh vật hoạt tính có khả năng hấp thụ trên bề mặt của nó và oxy hóa chất hữu cơ trong nước thải (ổn định chất hữu cơ) với sự có mặt của oxy. Bùn hoạt tính là bơng màu vàng nâu, dễ lắng có kích thước từ 3–150 micromet. Những sinh vật sống là vi khuẩn, động vật hạ đẳng, dòi, giun, nấm men, nấm mốc và xạ khuẩn.
Trong quá trình xử lý sinh học thì q trình bùn hoạt tính là q trình có tính linh hoạt nhất, nó có thể giảm tối đa các chất hữu cơ với phạm vi thay đổi BOD rộng. Vì thế mà chúng được áp dụng rộng rãi để xử lý nước thải sinh hoạt và cơng nghiệp. Q trình bùn hoạt tính gồm các bước sau:
Trộn lẫn bùn hoạt tính với nước thải để xử lý
Khuấy trộn và sục khí hỗn hợp với yêu cầu trong một thời gian dài
Làm trong nước và tách bùn hoạt tính từ hỗn hợp trong quy trình tại bể lắng cuối
Tuần hồn bùn hoạt tính để trộn lẫn với nước thải đầu vào
Loại bỏ bùn dư
Bơng bùn hoạt tính là một hệ vi sinh vật phức tạp bao gồm: vi khuẩn, Aetponicet, nguyên sinh động vật, nấm, tảo, virus… Vi khuẩn trong bùn hoạt tính thuộc dạng: Alkaligenes, Achromobacter, Pseudomonas, Corynebacterium.
2.7.2. Các yếu tố ảnh hƣởng tới q trình bùn hoạt tính
Theo Trần Hiếu Nhuệ (2001), khi vận hành bể bùn hoạt tính ta phải chú ý một số yếu tố sau:
Điều kiện đầu tiên là phải đảm bảo cung cấp đủ lượng oxy một cách liên tục và sao cho lượng oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng không nhỏ hơn 2 mg/l. Hàm
19 lượng các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết để q trình sinh hóa diễn ra bình thường khơng được thấp hơn các giá trị nêu ở bảng sau:
Bảng 3: Nồng độ các chất dinh dƣỡng cần thiết
BOD của nƣớc thải (mg/l) Nồng độ nitơ trong muối amon (mg/l) Nồng độ phospho theo P2O5 (mg/l) < 500 500 ÷ 1.000 15 25 3 8
(Nguồn: Trần Hiếu Nhuệ, 2001)
Ảnh hưởng của pH
Giá trị pH tối ưu của đa số các vi sinh vật từ 6,5 – 8,5, vi khuẩn tăng trưởng ở pH 7. Giá trị pH ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo men trong tế bào và quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng vào tế bào.
Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ nước thải là một trong những yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng sự tăng trưởng và sống còn của vi sinh vật trong q trình bùn hoạt tính. Đối với đa số vi sinh vật, nhiệt độ nước thải trong quá trình xử lý khơng dưới 60C và không quá 370C. Sự tăng nhiệt độ có thể dẫn đến biến tính protein, đặc biệt là enzyme, đồng thời thay đổi cấu trúc màng, dẫn đến sự thay đổi tính 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 tính ở dạng hịa 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 được hấp thụ vào trong tế bào, tấn công các enzyme.
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, thịt… 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
20 bùn hoạt tính, các hợp chất này sẽ bao phủ các bơng bùn. Ngồi ra chúng được hấp thụ vào thành tế bào vi khuẩn và tăng nồng độ 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 đơn giản, hòa tan sẽ là môi trường sống và phát triển của một số vi khuẩn dạng sợi không mong muốn. Nồng độ của các acid, rượu hòa tan đơn giản khoảng 200 mg/l sẽ tạo điều 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 oxy
Vi sinh vật có thể tăng trưởng khi có hoặc vắng mặt của oxy. Phần lớn nhu cầu oxy cho q trình bùn hoạt tính DO ≥ 2,0 mg/l. Thông thường khi oxy bị giới hạn, các vi sinh vật dạng sợi sẽ chiếm ưu thế, làm bùn hoạt tính trở nên khó lắng. Nhưng nếu tăng hàm lượng oxy hòa tan một cách không cần thiết sẽ tăng chi phí vận hành trong khi không cải thiện hiệu quả xử lý nhiều (Michael Richard và cộng sự ).
Chất dinh dưỡng
Vi khuẩn và vi sinh vật sống dùng chất dinh dưỡng N, P, chất hữu cơ (BOD), làm thức ăn để 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 q trình oxy hóa sinh hóa. Ngồi ra, cần phải thêm K, Mg, Ca, S, Fe… các nguyên tố này thường có đủ trong nước thải nên ta không cần phải thêm vào. Để xác định sơ bộ lượng nguyên tố dinh dưỡng cần thiết trong nước thải có thể chọn theo tỷ lệ sau : BOD toàn phần: N:P = 100:5:1 hay COD:N:P = 150:5:1.
Lượng bùn tuần hoàn
Mục đích chính của việc tuần hồn bùn là duy trì nồng độ MLSS cần thiết trong các bể làm thống. Tuy nhiên, thơng thường người ta lấy khoảng 50 – 70% của lưu lượng nước thải trung bình. Nồng độ MLSS trong bùn tuần hoàn khoảng từ 4000 – 12000 mg/l. (Mrtcalf & Eddy, 2003).
21 Thời gian lưu bùn hay còn gọi là tuổi bùn, ảnh hưởng lớn đến sự hiện diện của các vi sinh vật trong bông bùn hoạt tính dựa trên tốc độ phát triển và phân huỷ.
2.7.3. Cơ sở lý thuyết về khả năng dính bám
Phần lớn vi khuẩn có khả năng sinh sống và phát triển trên bề mặt vật rắn, khi có đủ độ ẩm và thức ăn là các hợp chất hữu cơ, muối khống và oxy. Chúng dính bám trên bề mặt vật rắn bằng chất gelatin do chính vi khuẩn tiết ra và chúng có thể dễ dàng di chuyển trong lớp gelatin dính bám này. Đầu tiên vi khuẩn cư trú hình thành tập trung ở một khu vực, sau đó màng vi sinh không ngừng phát triển, phủ kín tồn bộ bề mặt vật rắn bằng một lớp đơn bào. Chất dinh dưỡng (hợp chất hữu cơ, muối khống) và oxy có trong nước thải cần xử lý khuếch tán qua màng biofilm vào tận lớp cellulose đã tích luỹ ở sâu nhất mà ở lớp đó ảnh hưởng của của oxy và chất dinh dưỡng khơng cịn tác dụng.
Sau một thời gian, sự phân lớp hình thành: lớp ngồi cùng là lớp hiếu khí, được oxy khuếch tán xâm nhập, lớp trong là lớp kỵ khí khơng có oxy.
2.7.4. Nguyên lý hoạt động của bể bùn hoạt tính
Nước thải sau khi qua quá trình xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hòa tan cùng các chất lơ lửng được đưa vào bể bùn hoạt tính. Bể này được cung cấp oxy cần thiết cho quá trình phân hủy hiếu khí. Tại đây, các vi sinh vật bám vào các chất lơ lửng phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải để sinh sản, phát triển thành các dạng bông cặn. Trong nước thải có các hợp chất dễ bị phân hủy bởi vi sinh vật và các hợp chất hữu cơ khó phân hủy hoặc chưa hịa tan, khó hịa tan. Các hợp chất có cấu trúc phân tử phức tạp cần được vi khuẩn tiết ra enzyme ngoại bào để phân hủy thành những chất đơn giản rồi sẽ thẩm thấu qua màng tế bào và bị oxy hóa tiếp thành sản phẩm cung cấp vật liệu cho tế bào hoặc sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước.