Để kiểm tra khả năng xử lý của các chủng vi sinh vật đã phân lập được chúng tôi tiến hành xử lý nước thải trên quy mô 5 lít bằng phương pháp sinh học. Xử lý sinh học nước thải thực chất là lợi dụng sự sinh trưởng phát triển của các vi sinh vật để thực hiện các dạng phân hủy khác nhau. Sự phân hủy khác nhau thường kèm theo sự thoát khí dưới tác dụng của các enzim do vi khuẩn tiết ra. Muốn cho quá trình xử lý sinh học đạt kết quả cao thì cần thiết phải tạo ra môi trường, điều kiện sống và hoạt động tốt nhất cho các vi sinh vật để chúng có thể phân hủy các chất hữu cơ được nhanh chóng.
Quá trình phân hủy sinh học tại chính vị trí ô nhiễm được thực hiện bởi hai nhóm vi sinh vật, đó là nhóm vi sinh vật nuôi cấy và không nuôi cấy được, trong đó nhóm vi khuẩn nuôi cấy được chỉ chiếm 1%. Ứng dụng kỹ thuật sinh học phân tử để phát hiện các nhóm vi sinh vật không phụ thuộc nuôi cấy tại các vị trí ô nhiễm sẽ giúp các nhà khoa học hiểu biết rõ hơn về đặc tính cũng như các cơ chế phân hủy sinh học của những nhóm vi sinh vật để từ đó áp dụng cả hai phương pháp trong phân hủy sinh học là làm giàu và kích thích tập đoàn vi sinh vật bản địa làm tăng hiệu suất xử lý.
Trong quá trình xử lý nước thải, dựa vào nguồn nước và nồng độ chất ô nhiễm, các nhà khoa học sẽ lựa chọn các phương pháp xử lý khác nhau. Đối với nước thải ô nhiễm các hợp chất vòng thơm, phương pháp xử lý hiếu khí là một lựa chọn tối ưu. Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí nhân tạo dựa trên nhu cầu oxy cần cung cấp cho vi sinh vật hiếu khí có trong nước thải hoạt động và phát triển. Quá trình này của vi sinh vật được gọi chung là hoạt động sống, gồm hai quá trình: dinh dưỡng sử dụng các chất hữu cơ, các nguồn nito và phospho cùng những ion kim loại khác với mức độ vi lượng để xây dựng tế bào mới, phát triển tăng sinh
khối, phục vụ cho sinh sản; phân hủy các chất hữu cơ còn lại thành CO2 và nước.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
trình dinh dưỡng và oxi hóa của vi sinh vật có trong nước thải đều cần oxi. Để đáp ứng được nhu cầu oxi này người ta thường phải khuấy đảo khối nước để oxi từ không khí được khuếch tán và hòa tan vào nước. Tuy nhiên, biện pháp này chưa thể đáp ứng được nhu cầu oxi. Do vậy, người ta sử dụng các biện pháp hiếu khí tích cực hơn như thổi khí kết hợp với khuấy đảo. Các biện pháp này thường được sử dụng trong các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí nhân tạo như: các bể phản ứng sinh học hiếu khí, các bể lọc sinh học Biofilter, các loại đĩa quay sinh học (RBC) v.v… Đối với nguồn nước thải ô nhiễm với hàm lượng COD trên dưới 1000 mg/l và hàm lượng BOD5 trên dưới 400 mg/l thì bể xử lý hiếu Aeroten là một phương pháp phổ biến.
Nước thải sau khi được xử lý sơ bộ loại bỏ rác và dầu mỡ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hòa tan cùng các chất lơ lửng đi vào aeroten. Các chất lơ lửng này là một số chất rắn và có thể cùng các chất hữu cơ chưa phải là dạng hòa tan. Các chất lơ lửng này làm nơi vi khuẩn bám vào và để cư trú, sinh sản và phát triển, dần dần thành các hạt cặn bong. Các hạt này dần dần to và lơ lửng trong nước của quần thể vi sinh vật. Các hạt bông cặn này cũng chính là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là các bông cặn có màu nâu sẫm, chứa các chất hữu cơ hấp phụ từ nước thải và là nơi cư trú cho các vi khuẩn cùng các sinh vật bậc thấp khác, như nguyên sinh động vật sống và phát triển. Trong nước thải có những hợp chất hữu cơ hòa tan- loại hợp chất dễ bị vi sinh vật phân hủy nhất. Ngoài ra, còn có các loại hợp chất hữu cơ khó bị phân hủy hoặc loại hợp chất chưa hòa tan, khó hòa tan ở dạng keo - các dạng hợp chất này có cấu trúc phức tạp cần được vi khuẩn tiết ra enzyme ngoại bào phân hủy thành những chất đơn giản hơn rồi sẽ thẩm thấu qua màng tế bào và bị oxi hóa tiếp thành sản phẩm cung cấp vật liệu cho tế bào hoặc sản phẩm cuối cùng là CO2 và nước.
Quá trình oxi hóa các chất bẩn hữu cơ xảy ra trong bể aeroten qua ba giai đoạn: - Giai đoạn 1: Tốc độ oxi hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxi. Ở giai đoạn này bùn hoạt tính hình thành và phát triển. Hàm lượng oxi cần cho vi sinh vật sinh trưởng, đặc biệt ở thời gian đầu tiên nguồn dinh dưỡng trong nước thải rất phong phú,
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn
lượng sinh khối trong thời gian này rất ít. Sau khi vi sinh vật thích nghi với môi trường, chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân. Vì vậy, lượng oxi tiêu thụ tăng cao dần.
- Giai đoạn 2: Vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi cũng ở mức gần như ít thay đổi. Chính ở giai đoạn này các chất bẩn hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất.
- Giai đoạn 3: Sau một thời gian khá dài, tốc độ oxi hóa cầm chừng và có chiều hướng giảm, tốc độ tiêu thụ oxi tăng lên. Đây là giai đoạn nitrat hóa các muối amoni.
Sau cùng, nhu cầu oxi lại giảm và cần phải kết khúc quá trình làm việc của bể aeroten. Sau khi oxi hóa được 80 - 95% BOD trong nước thải, nếu không khuấy đảo hoặc thổi khí, bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy, cần phải lấy bùn cặn ra khỏi nước để tránh hiện tượng ô nhiễm thứ cấp, nghĩa là sinh khối vi sinh vật trong bùn (chiếm 70% khối lượng cặn bùn) sẽ bị tự phân. Tế bào vi khuẩn có hàm lượng protein rất cao (60 - 80% so với chất khô), ngoài ra còn có các hợp chất chứa chất béo, hydratcarbon, các chất khoáng, v.v… khi bị tự phân sẽ làm ô nhiễm nguồn nước.