Bùn hoạt tính bao gồm những vi sinh vật sống kết lại thành dạng hạt hoặc dạng bông với trung tâm là các chất nền rắn lơ lửng (40%). Chất nền trong bùn hoạt tính có thể đến 90% là phần chất rắn của rêu, tảo và các phần sót rắn khác nhau. Bùn hiếu khí ở dạng bông bùn màu nâu, dễ lắng là hệ keo vô định hình. Những sinh vật sống trong bùn là vi khuẩn đơn bào hoặc đa bào, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, các động vật nguyên sinh và động vật hạ đẳng, dòi, giun, đôi khi là các ấu trùng sâu bọ. Vai trò cơ bản trong quá trình làm sạch nước thải của bùn hoạt tính là vi khuẩn, có thể chia ra làm 8 nhóm:
Alkaligens – Achromobacter
Pseudomonas
Enterobacteriaceae
Athrobacter baccillus
Cytophaga – Flavobacterium
Pseudomonas – Vibrio aeromonas
Achrobacter
Hỗn hợp các vi khuẩn khác: Ecoli, Micrococus.
SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải Trang 27
Trong nước thải các tế bào của loài Zooglea có khả năng sinh ra bao nhầy xung quanh tế bào có tác dụng gắn kết các vi khuẩn các hạt lơ lửng khó lắng các chất màu chất gây mùi… và phát triển thành các bông cặn. Các hạt bông cặn này khi được khuấy đảo và thổi khí sẽ dần dần lớn lên do hấp phụ nhiều hạt rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh vật , nguyên sinh động vật và các chất độc. Những hạt bông này khi ngừng thổi khí hoặc khi các cơ chất cạn kiệt, chúng sẽ lắng xuống tạo ra bùn hoạt tính.
Trong bùn hoạt tính luôn có mặt động vật nguyên sinh mà đại diện là
Sarcodina, Mastigophora, Ciliata, Suctoria và vài loại sinh vật phức tạp khác.
Quan hệ giữa động vật nguyên sinh và vi khuẩn là quan hệ “ mồi – thú” thuộc cân bằng động chất hữu cơ – vi khuẩn – động vật – nguyên sinh. Khi bùn lắng xuống là “ bùn già” hoạt tính bùn bị giảm. Hoạt tính của bùn có thể được hoạt hóa trở lại bằng cách cung cấp đầy đủ dinh dưỡng và cơ chất hữu cơ.Công thức bùn hoạt tính thường dùng trong các tính toán là C5H7O2N.
3.3.2.Vi sinh vật hiện diện trong hệ thống bùn hoạt tính
Thành phần của vi sinh vật hiện diện trong hệ thống bùn hoạt tính chứa 70 – 90% chất hữu cơ, 10 – 30% chất vô cơ . Vi khuẩn, nấm, protozoa, rotifer, metazoa hiện diện trong hệ thống bùn hoạt tính.
Vi khuẩn : chúng chiếm ưu thế ( 90%) trong hệ thống xử lý. Sự phát triển của vi khuẩn phụ thuộc điều kiện môi trường, các yếu tố về thiết kế, vận hành hệ thống và tính chất của nước thải. Vi khuẩn có kích thước trung bình từ 0,3 – 1mm. Trong hệ thống bùn hoạt tính có sự hiện diện của vi khuẩn hiếu khí tuyệt đối, vi khuẩn tùy nghi và vi khuẩn kỵ khí. Một số vi khuẩn dị dưỡng thông thường trong hệ thống bùn hoạt tính gồm có:
Achromobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Citromonas, Flavobacterium, Pseudomonas và Zoogloea ( Jenkins, et al.,1993). Hai nhóm vi khuẩn chịu
SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải Trang 28
trách nhiệm cho việc chuyển hóa amonia thành nitrat là: vi khuẩn
Nitrobacter và Nitrosomonas.
Nấm : là cấu tử thuộc hệ thống bùn hoạt tính. Các vi sinh vật đa bào này tham gia vào quá trình trao đổi chất và cạnh tranh với vi khuẩn trong môi trường hoạt động. Chỉ có một lượng nhỏ nấm có khả năng oxy hóa NH3 thành nitrit và nitrat. Các loại nấm thông thường là : Sphaerotilus natans và
Zoogloea sp (Curtis, 1969).
Protozoan: là vi sinh vật có kích thước 10 – 100 micron được phát hiện
trong hệ thống bùn hoạt tính. Đây là nhóm vi sinh vật chỉ thị cho hoạt động
SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải Trang 29
Hình 3.1.Nitrosomonas Hình 3.2.Zoogloea
của hệ thống xử lý nước thải. Trong hệ thống bùn hoạt tính, protozoan được chia làm 4 nhóm chính: Protozoa, amip, flagellates và ciliates ( dạng bơi tự do, dạng bò trườn, dạng có tiên mao).
Protozoa :là một tổ chức lớn nằm trong nhóm eukaryotic, với hơn
50.000 loài đã được biết đến. Thật ra, động vật nguyên sinh là các sinh vật đơn bào nhưng cấu trúc tế bào phức tạp hơn, lớn hơn các vi khuẩn. Kích thước các động vật nguyên sinh thay đổi trong khoảng từ 4 – 500mm.
Amip: thường xuất hiện trong nước thải đầu vào, nhưng không tồn tại
lâu tại các bể hiếu khí. Amip chỉ sinh trưởng nhanh trong các bể hiếu khí có tải cao. Chúng di chuyển chậm và khó cạnh tranh thức ăn, nhất là khi nguồn thức ăn bị hạn chế, nên chúng chỉ chiếm ưu thế tại các bể hiếu khí trong một khoảng thời gian ngắn. Thức ăn của Amip là các chất hữu cơ có kích thước nhỏ. Hệ thống bùn hoạt tính xuất hiện nhiều Amip chứng tỏ đang bị sốc tải. Khi đó DO thấp ( amip tồn tại được trong môi trường DO rất thấp).
SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải Trang 30
Hình 3.5.Protozoa
Flagellates : ngay sau khi Amip bắt đầu biến mất, nhưng nước thải
vẫn còn chứa hàm lượng chất hữu cơ cao, thì Flagellates xuất hiện. Phần lớn Flagellates hấp thụ các chất dinh dưỡng hòa tan. Cả
Flagellates và vi khuẩn đều sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn thức
ăn. Tuy nhiên, khi thức ăn giảm Flagellates khó cạnh tranh thức ăn với vi khuẩn nên giảm số lượng. Nếu Flagellates xuất hiện nhiều ở giai đoạn ổn định, điều này chứng tỏ nước thải vẫn còn chứa một lượng lớn chất hữu cơ hòa tan.
Ciliates : thức ăn của Ciliates là vi khuẩn và các chất đặc trưng. Ciliates cạnh tranh nguồn thức ăn với Rotifer. Sự hiện diện của Ciliates chứng tỏ bùn hoạt tính tốt, đã tạo bông và phần lớn các chất
hữu cơ đã được loại bỏ. Có 3 loại Ciliates : các Ciliates bơi tự do xuất hiện khi Flagellate bắt đầu biến mất, số lượng vi khuẩn tăng cao; chính vi khuẩn là nguồn thức ăn của các Ciliates bơi tự do này. Các loài Ciliate trườn, bò: khi kích thước bùn lớn và ổn định, loài
Ciliate này chui vào trong bùn, cạnh tranh thức ăn với loài Ciliate
bơi tự do là nhờ vào khả năng này. Các loài Ciliate có tiên mao: xuất hiện ở bùn đã rất ổn định, trong các loại bùn này thì chúng và các loài Ciliate trườn, bò cạnh tranh nhau về thức ăn. Ciliates hiện diện trong bùn hoạt tính là Aspidisca costata, Carchesium polypinum,
Chilodonella uncinata, Opercularia coarcta, Trachelophyllum pusillum…. Ciliates có nhiệm vụ loại bỏ Escherichia Coli bằng cách
SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải Trang 31
ăn hoặc tạo cụm. Trong thực tế, bùn hoạt tính có thể khử 91 – 99% E.Coli.
Rotifer: là động vật đa bào có 2 bộ tiên mao chuyển động xoay tròn, làm
cho hình dạng của chúng như 2 bánh xe xoay đối nhau. Chúng di động nhanh trong nước, có khả năng xáo trộn mạnh nguồn nước tìm nguồn thức ăn, giống Protozoa. Đây là vi sinh vật hiếu khí tuyệt đối, khá nhạy cảm với độc tính của nước thải. Chúng thường xuất hiện trong hệ thống bùn hoạt tính đã ổn định, nước có hàm lượng hữu cơ thấp. Rotifer hiếm khi được phát hiện với số lượng lớn trong các hệ thống xử lý nước thải. Vai trò chính của
Rotifer là loại bỏ vi khuẩn và kích thích sự tạo bông của bùn. Chính Rotifer
sử dụng vi khuẩn không tạo bông, làm giảm độ đục của nước thải. Các màng nhầy được Rotifer tiết ra ở miệng và chân giúp bùn kết bông dễ dàng. Rotifer cần thời gian khá dài để thích nghi trong quá trình xử lý.
Rotifer phát hiện trong bùn cũ và điều kiện O2 đầy đủ. Nhạy cảm với độc
tố và sự thay đổi thành phần nước thải.
SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải Trang 32
Hình 3.8.Ciliates