Quá trình oxi hóa các chất bẩn hữu cơ xẩy ra trong Aeroten qua ba giai đoan:
- Giai đoạn thứ nhất: 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, thức ăn dinh dưỡng trong nước thải rất phong phú, 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 tiêu thụ oxi tăng cao dần.
- Giai đoạn hai: 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 hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất. Hoạt lực Enzym của bùn hoạt tính trong giai đoạn của Enzym oxi hóa của bùn hoạt tính thường đạt ở thời điểm sau khi lượng bùn hoạt tính (sinh khối vi sinh vật) tới mức ổn định. Qua các thông số hoạt động của Aeroten cho thấy giai đoạn thứ nhất tốc độ tiêu thụ oxi (hay tốc độ oxi hóa) rất cao, có khi gấp 3 lần ở giai đoạn hai.
- Giai đoạn ba: sau một thời gian khá dài tốc độ oxi hóa cầm chừng (hầu như ít
thay đổi) và có chiều hướng giảm, lại thấy tốc độ tiêu thụ oxi tăng lên. Đây là giai đoạn nitrat hóa các muối amon.
Sau cùng, nhu cầu oxi lại giảm và cần phải kết thúc quá trình làm việc của Aeroten (làm việc theo mẻ). Ở đây cần lưu ý rằng, sau khi oxi hóa được 80 – 90% 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. Nếu không kịp thời tách bùn, nước sẽ bị ô nhiễm thứ cấp, nghĩa là sinh khối sinh vật trong bùn (chiếm tới 70% khối lượng cặn bùn) sẽ bị tự phân. Tế bào vi khuẩn có hàm lượng protein rât cao (60 – 80% so với chất khô), ngoài ra còn có các hợp chất chứa chất béo, hidratcacbon, các chất khoáng…khi bị tự phân sẽ làm ô nhiễm nguồn nước.
6.7.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm sạch nước thải củaAeroten Aeroten
- Lương oxi hòa tan trong nước: Điều kiện đầu tiên để đảm bảo cho Aeroten có khả năng oxi hóa các chất bẩn hữu cơ với hiệu suất cao là phải đảm bảo cung cấp đủ lượng oxi, mà chủ yếu là oxi hòa tan trong môi trường lỏng, một cách liên tục, đáp ứng
đầy đủ cho nhu cầu hiếu khí của vi sinh vật trong bùn hoạt tính. Lượng oxi có thể được coi là đủ khi nước thải ra khỏi bể lắng 2 có nồng độ oxi hòa tan là 2mg/l.
Để đáp ứng được nhu cầu oxi hòa tan trong Aeroten người ta thường chọn giải pháp:
+ Khuấy cơ học với các dạng khuấy ngang, khuấy đứng. Song, biện pháp này không hoàn toàn đáp ứng được nhu cầu oxi.
+ Thổi và sục khí bằng hệ thống khí nén với các hệ thống phân tán khí thành các dòng hoặc tia lớn nhỏ khác nhau.
+ Kết hợp nén khí với khuấy đảo.
- Thành phần dinh dưỡng với vi sinh vật
Trong nước thải, thành phần dinh dưỡng chủ yếu là nguồn cacbon (được gọi là cơ chất hoặc chất nén được thể hiện bằng BOD) – Chất bẩn hữu cơ bị phân hủy (hoặc bị oxi hóa) bởi vi sinh vật. Ngoài ra BOD, cần lưu ý tới hai thành phần khác: nguồn nitơ (thường ở dạng NH4+) và nguồn phosphat (ở dạng muối phosphat). Những hợp chất này (ở dạng muối amon va phosphat) là những chất dinh dưỡng tốt nhất đối với vi sinh vật. Vi sinh vật phát triển còn cần tới một loạt các chất khoáng khác như Mg, K, Ca, Mn, Fe, Co…Thường các nguyên tố này ở dạng ion đều có mặt trong nước thải, không những chúng đáp ứng cho nhu cầu sinh lý của vi sinh vật mà trong nhiều trường hợp còn quá thừa dư.
Thiếu dinh dưỡng trong nước thải (coi nước thải là môi trường nuôi cấy) sẽ giảm mức độ sinh trưởng, phát triển sinh khối của vi sinh vật, thể hiện bằng lượng bùn hoạt tính tạo thành giảm, kìm hãm và ức chế quá trình oxi hóa các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn.
Nếu thiếu nitơ một cách kéo dài, ngoài việc cản trở các quá trình hóa sinh còn làm cho bùn hoạt tính khó lắng, các hạt bông bị phồng lên trôi nổi theo dòng nước ra làm cho nước khó trong và chứa một lượng lớn vi sinh vật, làm giảm tốc độ sinh trưởng cũng như cường độ oxi hóa của chúng.
Nếu thiếu phosphat, vi sinh vật dạng sợi phát triển và cũng làm cho bùn hoạt tính lắng chậm và giảm hiêu quả xử lí.
Nói chung, thiếu dinh dưỡng hai nguồn N và P lâu dài sẽ ảnh hưởng nhiều tới cấu tạo tế bào mới, giảm mức độ sinh trưởng, ảnh hưởng không tốt tới di truyền và các thế hệ sau của vi sinh vật. Trong thực tế nếu dùng hồi lưu lại nhiều lần các quần thể vi khuẩn này trong bùn hoạt tính sẽ làm giảm hiệu suất làm sạch nước thải. Để khắc phục điều này người ta đề xuất một tỉ lệ các chất dinh dưỡng cho xử lí nước thải bằng phương pháp hiếu khí như sau: BOD:N:P=100:5:1. Tỉ số này thường chỉ đúng cho 3 ngày đầu. Trong thời gian này vi sinh vật trong Aeroten phát triển mạnh và bùn hoạt tính cũng được tạo thành nhiều nhất (nhất là 1 – 2 ngày đầu tiên). Còn quá trình xử lí kéo dài thì tỉ lệ này cần là 200:5:1 (thời gian xử lí có thể tới 20 ngày). Để cân đối dinh dưỡng có thể dùng các muối amon và phosphat bổ sung vào nước thải để tăng nguồn N và P. Có thể dùng uree hoặc superphosphat vào mục đích này.
Trường hợp dư thừa lượng N và P, vi sinh vật sử dụng không hết, phải khử các thành phần này bằng các biện pháp đặc biệt tiếp theo (xem chương VIII, mục 8.6.1 và
8.6.2) hoặc xử lí bằng ao hồ ổn định với việc nuôi trồng bèo, rau muống và các thực vật nổi khác.
- Nồng độ cho phép của chất bẩn hữu cơ có trong nước thải để đảm bảo cho Aeroten làm việc có hiệu quả.
Nồng độ cơ chất trong môi trường ảnh hưởng nhiều tới đời sống của vi sinh vật. Nói chung chúng đều có nồng độ cơ chất tới hạn hoặc cho phép, nếu vượt quá sẽ ức chế đến sinh lí và sinh hóa của tế bào vi sinh vật, làm ảnh hưởng xấu đến quá trình trao đổi chất, đến việc hình thành Enzym, thậm chí có thể bị chết. Như vậy, vi sinh vật sẽ bị ức chế và bị kìm hãm quá trình hoạt động sống trong trường hợp nồng độ chất bẩn hữu cơ cao hơn nồng độ cho phép.
Nói chung, các loại nước thải có thể xử lí bằng Aeroten có lựợng BOD vào khoảng 500 mg/l, còn trường hợp cao hơn (không quá 1000mg/l) phải xử lí bằng Aeroten khuấy trộn hoàn chỉnh. Nếu BOD cao quá mức trên đây thì ta phải pha loãng bằng nước được quy ước là sạch (như nước sông, hồ không bị ô nhiễm) hoặc nước đã qua xử lí có lượng BOD ở dòng ra thấp. Cũng có thể phải xử lí kị khí trước xử lí hiếu khí.
- Các chất có độc tính ở trong nước thải ức chế đến đời sông của vi sinh vật.
Để đảm bảo cho bùn hoạt tính được tạo thành và hoạt động bình thường trong nước thải cần phải xác định xem trước nước thải làm môi trường dinh dưỡng để nuôi vi sinh vật có thích hợp không, có kìm hãm, ức chế đến sinh trưởng và tăng sinh khối của chúng hay không?
Tiến hành xác định độc tính đối với vi sinh vật, có thể dùng nước thải để nguyên hoặc pha loãng rồi cân đối dinh dưỡng, sau đó cấy giống vi sinh vật (có thể là giống thuần chủng hoăc cặn bùn của nước thải).
Việc xác định này chỉ cho ta thấy loại nước thải nào có thể xử lí bằng kĩ thuật bùn hoạt tính trong Aeroten được hay không, chứ không thể suy ra được được tính độc của các yếu tố (trong đó có kim loại nặng hoặc các chất độc khác) đối với vi sinh vật.
Nồng độ muối vô cơ trong nước thải không quá 10 g/l. Nếu là muối vô cơ thông thường, có thể pha loãng nước thải và xử lí bằng phương pháp bùn hoạt tính, còn nếu làn chất độc như kim loại nặng, các chất độc hữu cơ phải tiến hành phân tích cẩn thận và có biện pháp xử lí riêng biệt (hấp phụ, trao đổi ion…), sau đó mới có thể xử lí bằng phương pháp sinh học.
- pH của nước thải có ảnh hưởng nhiều đến các quá trình hóa sinh của vi sinh vật, quá trình tạo bùn và lắng. Nói chung, pH thích hợp cho xử lí nước thải ở Aeroten là 6,5 – 8,5. Trong thời gian cuối, nước thải trong Aeroten có pH chuyển sang kiềm, có thể là các hợ chất nitơ được chuyển thành NH3 hoặc muối amon.
- Nhiệt độ: Nhiệt độ nước thải trong nước thải có ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động sống của vi sinh vật. Hầu hết các vi sinh vật có trong nước thải là các thể ưa ấm (mesophile): chúng có nhiệt độ sinh trưởng tối đa là 400C và tối thiểu 50C. Vì vậy, nhiệt độ xử lí nước thải chỉ trong khoảng 6 – 370C, tốt nhất là 15 – 350C.
Như chúng ta đã biết, nhiệt độ không chỉ ảnh hưởng đến chuyển hóa của vi sinh vật mà còn ảnh hưởng nhiều tới quá trình hòa tan oxi vào nước cũng như khả năng kết
lắng của các bông cặn bùn hoạt tính. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến tốc độ phản ứng hóa sinh thường tính theo phương trình
rT = r20. θ(T-20)
Trong đó: rT: Tốc độ phản ứng ở T0C r20: Tốc độ phản ứng ở 200C θ: Hệ số hoạt động do nhiệt độ T: Nhiệt độ nước (0C)
Giá trị θ trong quá trình xử lí sinh học dao động từ 1,02 đến 1,09 thường lấy là 1,04.
- Nồng độ các chất lơ lửng (SS) ở dạng huyền phù
Sau khi xử lí sơ bộ, tùy thuộc nồng độ lơ lửng có trong nước thải mà xác định công trình xử lí cơ bản thích hợp như lọc sinh học hoặc Aeroten.
Nếu nồng độ các chất lơ lửng không quá 100mg/l thì loại hình xử lí thích hợp là bể lọc sinh học cơ bản thích hợp như lọc sinh học hoặc Aeroten.
Con số này cũng chỉ quy ước trong thực nghiệm đối với những Aeroten thông thường, còn với các Aeroten hiếu khí tích cực (khuấy đảo hoàn chỉnh) nồng độ các chất rắn lơ lửng có thể là cao hơn.
Song, với lượng chất răng lơ lửng cao thường làm ảnh hưởng tới hiệu quả xử lí. Vì vậy, đối với những nước thải có hàm lượng chất rắn lơ lửng quá cao cần phải qua lắng 1 trong giai đoạn xử lí sơ bộ một cách đầy đủ có thể loại bỏ vẩn cặn lớn và một phần các chất rắn lơ lửng.