tìm hiểu và đánh giá hiệu quả của một số giá thể trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học bám dính

Arthrobacter Phân hủy hidratcacbon Bacillus Phân hủy hidratcacbon, protein… Cytophaga Phân hủy các polymer Zooglea Tạo thành chất nhầy polysacharit, hình thành chất keo tụ Acinetobacter

TP HCM

ĐỀ TÀI:

TÌM HI ỂU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA

M ỘT SỐ GIÁ THỂ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI

B ẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC BÁM DÍNH

Ngành : MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Chuyên ngành : MÔI TRƯỜNG

Sinh viên th ực hiện: NGUY ỄN XUÂN NGHỊ MSSV:0811110056 Lớp: 08CSH2

M ỤC LỤC

Danh m ục viết tắt iv

Danh m ục hình v

Danh m ục bảng vi

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1

1.2 Mục tiêu – Đối tượng nghiên cứu đề tài 1

1.3 Nội dung nghiên cứu 2

1.4 Phạm vi nghiên cứu 2

1.5 Phương pháp nghiên cứu 2

CHƯƠNG 2:TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH HOC TRONG XỬ LÝ NƯ ỚC THẢI 2.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sinh trưởng lơ lửng 3

2.1.1 Sinh trưởng lơ lửng - Bùn hoạt tính 3

2.1.2 Các công trình hiếu khí nhân tạo xử lý nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng lơ lửng của vi sinh vật 8

2.1.2.1 Bể phản ứng sinh học hiếu khí – Aeroten 8

a Đặc điểm và nguyên lý làm việc của aeroten 8

b Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm sạch nước thải của aeroten 9

c Phân loại aeroten: Có nhiều cách phân loại aeroten 9

2.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sinh trưởng dinh bám 12

2.2.1 Sinh trưởng dính bám (cố định hay gắn kết) – Màng sinh học 12 2.2.2 Các công trình hiếu khí nhân tạo dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám của vi sinh

2.2.2.1 Lọc sinh học (Biofilter) 14

2.2.2.2 Lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước (Lọc trong nước) 14

2.2.2.3 Lọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước 18

2.2.2.4 Lọc sinh học với lớp vật liệu là các hạt cố định 19

2.2.2.4.1 Biofor 20

2.2.2.4.2 Biodrof 20

2.2.2.4.3 Oxiazur 21

2.2.2.4.4 Nitrazur 21

2.2.2.5 Đĩa quay sinh học RBC 21

2.3 Các vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải 22

2.3.1 Vi khuẩn (Bacteria) 23

2.3.2 Virus và thực khuẩn thể 28

2.3.3 Vi nấm(Fungi) 29

2.3.4 Nấm men 30

2.3.5 Nấm móc 31

2.3.6 Tảo (Algae) 32

2.3.7 Nguyên sinh động vật (Protozoa) 33

2.4 Lịch sử nghiên cứu và ứng dụng phương pháp sinh trưởng dính bám trong xử lý nước thải 34

2.4.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí với sinh trưởng dính bám 34

2.4.2 Xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí với sinh trưởng dính bám 36

2.4.3 Vật liệu làm giá thể 38

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA MÔT SỐ GIÁ THỂ TRONG XỬ LÝ SINH HỌC DÍNH BÁM

3.1 Giá thể sơ dừa 42

3.1.1 Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể sơ dừa trên nước thải sinh hoạt 42

a Nước thải sinh hoạt có đầu vào 42

b Hiệu quả xử lý COD,SS 43

3.1.2 Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể sơ dừa trên nước thải chế biến kẹo dừa 44

a Nước thải chế biến kẹo dừa có đầu vào 44

b Hiệu quả xử lý COD 45

3.2 Giá thể cước nhựa 50

3.1.1 Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể sơ dừa trên nước thải sinh hoạt 50

a Nước thải sinh hoạt có đầu vào 50

b Hiệu quả xử lý COD,SS 51

3.3 Giá thể mùn cưa 53

3.3.1 Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể mùn cưa trên nước thải ngành thủy hải sản 53

a Nước thải ngành thủy hải sản có đầu vào 53

b Hiệu quả xử lý COD,SS 53 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

DANH M ỤC VIẾT TẮT

SVI : Sludge Volume Index

MLSS: Mix Liquoz Suspendids Solids

KCN : Khu công nghiệp

CHLB: Cộng hòa liên bang

ADN : Axit dezoxyribonucleic

ARN :Axit ribonucleic

BOD : Nhu cầu oxi sinh hóa – Biochemical oxigen Demand

COD : Nhu cầu oxi hóa học – Chemical oxigen Demand

SS : Suspendids Solids

RBC : Rotating biological contactors

DANH M ỤC HÌNH

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính đơn giản 4

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính thông thường 4

Hình 2.3: Sơ đồ làm việc của bể aeroten truyền thống 10

Hình 2.4: Sơ đồ làm việc của bể aeroten nạp theo bậc 11

Hình 3.1: Hiệu quả phân hủy COD theo thời gian(giá thể sơ dừa) 43

Hình 3.2: Hiệu quả phân hủy SS theo thời gian(giá thể sơ dừa) 44

Hình 3.3: Hiệu quả phân hủy COD theo thời gian(giá thể sơ dừa) 45

Hình 3.4: Diễn biến pH theo thời gian(giá thể sơ dừa) 45

Hình 3.5: Hiệu suất xử lý nồng độ COD ban đầu(giá thể sơ dừa) 46

Hình 3.6: Diễn biến pH theo thời gian(giá thể sơ dừa) 47

Hình 3.7: Hiệu suất phân hủy COD theo thời gian(giá thể sơ dừa) 48

Hình 3.8: Hiệu suất xử lý nồng độ COD ban đầu(gia thể sơ dừa) 48

Hình 3.9: Hiệu quả xử lý COD ở các tải trọng khác nhau(giá thể sơ dừa) 49

Hình 3.10: Hiệu quả xử lý pH ở các tải trong khác nhau(giá thể sơ dừa) 50

Hình 3.11: Hiệu quả phân hủy COD theo thời gian(giá thể cước nhựa) 52

Hình 3.12: Hiệu quả phân hủy SS theo thời gian(giá thể cước nhựa) 53

Hình 3.13: Biến thiên SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý(giá thể mùn cưa) 54

Hình 3.14: Biến thiên hiệu quả xử lý SS trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý(giá thể mùn cưa) 54

Hình 3.15: Biến thiên COD trong bể phản ứng ở giai đoạn xử lý 55

Hình 3.16: Biến thiên hiệu quả xử lý COD trong bể phản ứng ở giai đoan xử lý 55

DANH M ỤC BẢNG

Bảng 2.1: Một số giống chính trong quần thể vi khuẩn có trong bùn hoạt tính 5

Bảng 2.2 : Tính chất vật lý của một số vật liệu dùng ở cho lọc nhỏ giọt 15

Bảng 2.3: Phân biệt tải trọng trong các bể lọc sinh học nhỏ giọt 17

Bảng 3.1: Các thông số hoạt động của mô hình ứng với từng tải trọng 42

Bảng 3.2: Kết quả nghiên cứu trên mô hình tĩnh 47

Bảng 3.3: Kết quả nghiên cứu trên mô hình tĩnh 49

Bảng 3.4: Các thông số mô hình ứng với từng tải trọng 51

Bảng 3.5: Tổng hợp kết quả xử lý đạt hiệu quả tốt nhất của các giá thể 62

CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề:

• Trong môi trường sống nói chung, vấn đề bảo vệ và cung cấp nước sạch cho sự

sống của muôn loài sinh vật là vô cùng quan trọng Đồng thời với việc bảo vệ và cung

cấp nguồn nước sạch, việc thải và xử lý nước bị ô nhiễm trước khi đổ vào nguồn là một

vấn đề bức xúc đối với toàn thể loài người Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, chúng ta cũng không ngoài hoàn cảnh chung này

• Các công nghệ xử lý nước thải đã và đang đư ợc phát triển hằng ngày Nhiều kĩ thuật xử lý tỏ ra khá hiệu quả và góp phần trong công tác xử lý ô nhiễm nước cũng như

bảo vệ và cải thiện chất lượng nguồn nước của nhân loại trước mối nguy hiểm từ ô nhiễm Có rất nhiều công nghệ xử lý nước thải như công nghệ vật lý, hóa học, công nghệ sinh học và công nghệ tích hợp lý – hóa – sinh giúp tăng cường hiệu quả xử lý và

tiết kiệm, đồng thời cung cấp nhiều sự lựa chọn trong các giải pháp cho các nhà môi trường trước các hình thức ô nhiễm nước khác nhau

• Hiện nay, xử lý nước thải theo kĩ thu ật dùng các giá thể sinh học theo phương pháp sinh trưởng dính bám khá phổ biến và tỏ ra có hiêụ quả với một số loại nước thải

nhất là nước thải đô thị hay nước thải sinh hoạt Các loại giá thể được dùng rất đa dạng tùy theo tính chất và mức độ ô nhiễm của chất thải Mỗi loại giá thể sẽ khác nhau về cấu trúc không gian, diện tích bề mặt tiếp xúc, khối lượng, vật liệu… và vì thế, tính năng

cũng như giá thành đều khác Việc tìm ra giá thể mới, rẽ tiền, dễ sản xuất hiệu quả xử lý cao là vấn đề khoa học nghiêm túc

• Đề tài “Tìm hiểu và đánh giá hiệu quả của một số giá thể trong xử lý nước

th ải bằng phương pháp sinh học dính bám” được hình thành dựa trên các cơ sở khoa

học chuyên môn về xử lý nước thải Việc làm này nhằm tìm hiểu và khẳng định khả năng xử lý nước thải của các giá thể sinh học dùng để xử lý nước thải

1.2 M ục tiêu – Đối tượng nghiên cứu của đề tài:

a) Mục tiêu: Tìm hiểu và đánh giá hiệu quả của một số giá thể trong xử lý nước thải

b) Đối tượng:

1.3 N ội dung nghiên cứu:

Các giá thể sinh học dùng để xử lý nước thải

• Tổng quan các phương pháp sinh học trong xử lý nước thải bằng phương pháp lơ lửng và dính bám

• Giới thiệu và đánh giá hiệu quả của một số giá thể trong xử lý sinh học dính bám

1.4 Ph ạm vi nghiên cứu:

• Nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết

• Dùng một số thí nghiệm để đánh giá khả năng xử lý nước thải của một số giá thể sinh học

1.5 Phương pháp nghiên cứu:

• Thu thập tài liệu trong và ngoài nước có liên quan đến nội dung nghiên

cứu

• Tổng hợp phân tích, so sánh và đánh giá lựa chọn hướng nghiên cứu phù

hợp

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CÁC PHƯƠNG PHÁP SINH HOC TRONG XỬ LÝ

NƯỚC THẢI

2.1 X ử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sinh trưởng lơ lửng:

2.1.1 Sinh trưởng lơ lửng - Bùn hoạt tính:

• Trong nước thải, sau một thời gian làm quen, các tế bào vi khuẩn bắt đầu tăng trưởng, sinh sản và phát triển Nước thải bao giờ cũng có các hạt chất rắn lơ lửng khó lắng Các tế bào vi khuẩn sẽ dính vào các hạt lơ lửng này và phát triển thành các

hạt bông cặn có hoạt tính phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn nước thể hiện bằng BOD Các hạt bông này nếu được thổi khí và khuấy đảo sẽ lơ lửng trong nước và

dần được lớn dần lên do hấp thụ nhiều hạt chất 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 các chất hữu cơ làm cơ chất dính dưỡng cho vi sinh vật trong nước cạn kiêt chúng sẽ

lắng xuống đáy bể hoặc hồ thành bùn Bùn này gọi là bùn hoạt tính

• Bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vât khác nhau, chủ yếu là vi khuẩn, kết lại thành dạng hạt bông với trung tâm là các chất rắn lơ lửng ở trong nước Các bông này có màu vàng nâu dễ lắng có kích thước từ 3 đến 150 𝜇𝜇m Những bông này gồm các vi sinh vật ( khoảng 30 – 40% thành phần cấu tạo bông, nếu hiếu khí bằng thổi khí và khuấy đảo đầy đủ trong thời gian ngắn thì con số này khoảng 30%, thời gian dài khoảng 35% và kéo dài tới vài ngày có thể tới 40%) Những vi sinh vật sống ở đây chủ yếu là vi khuẩn, ngoài ra còn có nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh, dòi, giun…

• Bùn hoạt tính lắng xuống là “bùn già”, hoạt tính giảm Nếu được hoạt hóa (trong môi trường thích hợp có sục khí đầy đủ) sẽ sinh trưởng trở lại và hoạt tính được

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính đơn giản

Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính thông thường

Bảng 2.1: Một số giống chính trong quần thể vi khuẩn có trong bùn hoạt tính:

Vi khu ẩn Ch ức năng

Pseudomonas Phân hủy hidratcacbon, protein, các hợp chất hữu

cơ khác và phản nitrat hóa

Arthrobacter Phân hủy hidratcacbon

Bacillus Phân hủy hidratcacbon, protein…

Cytophaga Phân hủy các polymer

Zooglea Tạo thành chất nhầy (polysacharit), hình thành

chất keo tụ Acinetobacter Tích lũy polyphosphat, phản nitrat

Nitrosomonas Nitrit hóa

Nitrobacter Nitrat hóa

Sphaerotilus Sinh nhiều tiên mao, phân hủy các chất hữu cơ

Alcaligenes Phân hủy protein, phản nitrat hóa

Flavobacterium Phân hủy protein

Phản nitrat hóa (khử nitrat thành N2)

Desulfovibrio Khử sulfat, khử nitrat

• Các chất keo dính trong khối nhầy của bùn hoạt tính hấp phụ các chất lơ lửng, vi khuẩn, các chất màu, mùi… trong nước thải Do vậy hạt bùn sẽ lớn dần và tổng lượng bùn cũng tăng lên, rồi từ từ lắng xuống đáy Kết quả là nước sáng màu, giảm lượng ô nhiễm, các chất huyền phù lắng xuống cùng với bùn và nước được làm sạch

• Tính chất quan trọng của bùn là khả năng tạo bông

• Trong bùn hoạt tính ta còn thấy các loài thuộc động vật nguyên sinh Chúng đóng vai trò khá quan trọng trong bùn Chúng cũng tham gia phân h ủy các chất hữu

cơ ở điều kiện hiếu khí, điều chỉnh loài và tuổi cho quần thể sinh vật trong bùn, giữ cho bùn luôn luôn hoạt động ở điều kiện tối ưu Động vật nguyên sinh ăn các vi khuẩn già hoặc đã chết, tăng cường loại bỏ vi khuẩn gây bệnh, làm đậm đặc màng

nhầy nhưng lại làm xốp khối bùn, kích thích vi sinh vật tiết enzyme ngoại bào để phân hủy chất hữu cơ nhiễm bẩn và kết lắng bùn nhanh

• Nhiều hợp chất hữu cơ có tác dụng gây độc với hệ sinh vật của bùn hoạt tính, ảnh hưởng đến hoạt động sống của chúng, thậm chí làm chúng bị chết Với nồng độ cao các chất phenol, formaldehyt và các chất sát khuẩn cũng như các chất bảo vệ

thực vật sẽ làm biến tính protein của tế bào chất hoặc tác dụng xấu lên thành tế bào Các kim loại có ảnh hưởng đến sự sống của vi khuẩn theo thứ tự như sau: Sb, Ag,

Cu, Hg, Co, Ni, Pb, Cr, Zn, Fe

• Ta có thể tạo bùn hoạt tính trong phòng thí nghiệm với điều kiện là môi trường tương tự với thành phần nước thải với giống vi sinh vật ban đầu là ít bùn ở bể chứa nước thải sinh hoạt hoặc công nghiệp mà ta sau này cần phải xử lý

• Dùng một lượng bùn hoạt tính (khoảng 15 – 30% có khi tới 75%) cho quay lại làm giống để xử lý cho mẻ kế tiếp Những kĩ thuật trong quá trình này là nguyên tắc

cất giống như trong lên men hiếu khí và dùng lại bùn hồi lưu như sử dụng lại men

giống trong lên men bia

Cách t ạo và tái sinh (hoạt hóa) bùn hoạt tính:

Để tạo bùn hoạt tính phải chú ý đến một số yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật có trong bùn hoạt tính Các yếu tố đó là:

• Nhiệt độ của nước thải Nếu nhiệt độ cao thì phải có thiết bị hạ nhiệt

xuống 25 – 300

C

• Cần phải điều chỉnh pH của nước thải về khoảng 6,5 – 7,5

• Xác định tỉ lệ hàm lượng N tổng và P tổng có trong nước thải Nếu tỉ lệ BOD5 : N : P cách xa so với tỉ lệ 100 : 5 : 1 thì phải bổ sung thêm P và N

Cách t ạo bùn có thể tiến hành như sau:

• Lấy mẫu nước thải li tâm bỏ phần cặn, lấy dịch trong

• Chuẩn bị các môi trường nuôi cấy thử vi sinh vật như sau:

 Dịch nước thải (phần dịch trong) để nguyên có cân bằng dinh dưỡng bằng cách bổ sung nguồn N và P

 Dịch nước thải pha loãng với nước có thêm các nguyên tố khoáng theo tỉ lệ 1 : 1, 1 : 2 hoặc 1 : 3 và cân bằng dinh dưỡng (N và P)

Ứng dụng kỹ thuật bùn hoạt tính trong xử lý hiếu khí nước thải cần chú ý các điểm sau:

• Cân bằng dinh dưỡng cho môi trường lỏng (nước thải trong các công trình xử lý, đặc biệt là khi tạo bùn và hoạt hóa bùn hồi lưu) theo tỉ lệ BOD5 : N : P (bình thường

là 100 : 5 : 1 và xử lý kéo dài 200 : 5 : 1 Thiếu nitơ lâu dài, ngoài sự cản trở tạo tế bào mới và bùn, cản trở quá trình trao đ ổi chất còn làm cho bùn khó lắng Thiếu phospho tạo sự phát triển của vi khuẩn dạng sợi, là nguyên nhân chính làm bùn

phồng lên, khó lắng

• Chỉ số SVI (Sludge Volume Index) : chỉ số thể tích bùn

Chỉ số SVI được định nghĩa là số ml nước thải đang xử lý lắng được 1 gam bùn (theo chất khô không tro) trong 30 phút và được tính:

𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆 =M ho ặc MLSSV.1000 (tính gần đúng: MLSS trừ 30 – 35% chất tro)

• Chỉ số MLSS (Mix Liquoz Suspendids Solids): Chất rắn trong hỗn hợp chất lỏng – rắn huyền phù, gồm bùn hoạt tính và chất rắn lơ lửng còn lại chưa được vi sinh

vật kết bông

V – thể tích mẫu khử (nước thải dạng xử lý đem lắng)

M - số gam bùn khô (không tro)

ổi thọ của bùn tính theo công thức:

𝑇𝑇 =Q ωV XTrong đó: V – thể tích của bể (m3

Bể phản ứng sinh học hiếu khí – aeroten là công trình bê tong cốt thép hình khối

chữ nhật hoặc hình tròn, cũng có trường hợp người ta chế tạo các aeroten bằng sắt thép hình khối trụ Thông dụng nhất hiện nay là các aeroten hình bể khối chữ nhật Nước thải chảy qua suốt bề dài của bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường lượng oxi hòa tan và tăng cường quá trình oxi hóa chất bẩn hữu cơ có trong nước

Nước thải sau khi xử lý sơ bộ 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 là các chất hữu cơ chưa phải là dạng hòa tan Các chất lơ lửng làm nơi vi sinh bám vào để cơ trú, sinh sản và phát triển, dần thành các hạt cặn bông Các

hạt này dần dần to và lơ lửng trong nước Chính vì vậy, xử lý nước thải ở aeroten được gọi là quá trình xử lý với sinh trưởng lơ lửng của quần thể vi sinh vật Các

hạt bông cặn này cũng chính là bùn hoạt tính

Quá trình oxi hóa các chất bẩn hữu cơ xảy ra trong aeroten qua 3 giai đoạn:

Đặc điểm và nguyên lý làm việc của aeroten:

 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

ật 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 thứ 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 bẩn hữu cơ

bị phân hủy nhiều nhất

 Giai đoạn thứ ba: sau một thời gian khá dài tốc 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 – 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 Nếu không kịp tách bùn, nước sẽ bị ô nhiễm thứ cấp, nghĩa là sinh khối vi sinh vật trong bùn (chiếm tới 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 béo, hidratcacbon, các chất khoáng… khi bị tự phân sẽ làm ô nhiễm nguồn nước

b

• Lượng oxi hòa tan trong nước

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng làm sạch nước thải của aeroten:

• Thành phần chất dinh dưỡng đối với vi sinh vật

• Nồng độ cho phép của chất bẩn hữu cơ có trong nước thải để đảm bảo cho aeroten làm việc có hiệu quả

• Các chất có độc tính ở trong nước thải ức chế đến đời sống của vi sinh vật

• Nồng độ các chất lơ lửng (SS) ở dạng huyền phù

c Phân loại aeroten: Có nhiều cách phân loại aeroten:

Phân loại theo chế độ thủy động: aeroten đẩy, aeroten khuấy trộn và aeroten

hỗn hợp

Phân loại theo chế độ làm việc của bùn hoạt tính: aeroten có ngăn hoặc bể tái sinh (hoạt hóa) bùn hoạt tính tách riêng và loại không có ngăn tái sinh bùn hoạt tính tách riêng

• Bể aeroten truyền thống:

Tuần hoàn bùn hoạt tính

Xả bùn cặn Xả bùn hoạt tính thừa Hình 2.3: Sơ đồ làm việc của bể aeroten truyền thống

 Nước thải sau lắng 1 được trộn đều với bùn hoạt tính hồi lưu ở ngay đầu bể aeroten Lượng bùn hồi lưu so với lượng nước thải có độ ô nhiễm trung bình khoảng

20 – 30% Dung tích bể tính toán sao cho khi dùng khí nén sục khối nước trong bể sau 6 – 8h, hoặc làm thoáng bề mặt bằng khuấy cơ học trong 9 – 12h đã đảm bảo

hiệu suất xử lý tới 80 – 95%

 Với aeroten kiểu này thường dùng để xử lý nư ớc thải có BOD < 400 mg/l Lượng không khí cấp cho aeroten làm việc: 55 – 65m3

không khí cho 1 kg BOD

Chỉ số thể tích của bùn (SVI) là 50 – 150 ml/g Tuổi của bùn là 3 – 15 ngày

 Aeroten kiểu này cần có ngăn trong bể hoặc ngoài bể để hoạt hóa (tái sinh) bùn

hoạt tính Ngăn hay bể phục hồi bùn hoạt tính còn đư ợc gọi là ngăn tái sinh hoặc ngăn hoạt hóa Nồng độ bùn sau khi phục hồi đạt tới 7 – 8g/l (trong bể aeroten làm

việc chỉ cần ở nồng độ bùn là 2 – 3g/l)

• Bể aeroten nhiều bậc:

Bùn hoạt tính

Xã bùn cặn Bùn thừa

Hình 2.4: Sơ đồ làm việc của bể aeroten nạp theo bậc

 Nước thải sau lắng 1 được đưa vào aeroten bằng cách đoạn hay theo bậc, dọc theo chiều dài bể (khoảng 50 – 65%), bùn tuần hoàn đi vào đầu bể

 Cấp khí dọc theo chiều dài Cấp khí như thế này sẽ dư oxi một chút ở phần cuối aeroten Song, aeroten được chia thành nhiều ngăn thì sẽ khắc phục được dễ dàng Mỗi ngăn ở đây là một bậc Nạp theo bậc có tác dụng làm cân bằng tải trọng BOD theo thể

tích bể, làm giảm sự thiếu hụt oxi ở đầu bể và lượng oxi được trải đều theo dọc bể làm cho hiệu suất sử dụng oxi tăng lên, hiệu suất xử lý sẽ cao hơn

2.2 X ử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sinh trưởng dính bám:

2.2.1 Sinh trưởng dính bám (cố định hay gắn kết) – Màng sinh học:

• Trong dòng nước thải có những vật rắn làm giá đỡ (giá mang), các vi sinh vật (chủ

yếu là vi khuẩn) sẽ dính bám trên bề mặt Trong số các vi sinh vật có những loài sinh ra các polysacarit có tính chất như các chất dẻo (gọi là polymer sinh học), tạo thành màng (màng sinh học) Màng này cứ dày dần thêm và thực chất đây là sinh khối vi sinh vật dính bám hay là cố định trên các chất mang Màng này có khả năng oxi hóa các chất hữu cơ có trong nước khi chảy qua hoặc tiếp xúc, ngoài ra màng này còn khả năng hấp thụ các chất

bẩn lơ lửng hoặc trứng giun sán v.v…

• Như vậy màng sinh học là tập hợp các loài sinh vật khác nhau, có hoạt tính oxi hóa các chất hữu cơ có trong nước khi tiếp xúc với màng Màng này dày 1 – 3mm và hơn

nữa Màu của màng thay đổi theo thành phần của nước thải từ màu xám đến màu nâu tối Trong quá trình xử lý nước thải chảy qua phin lọc sinh học có thể cuốn theo các hạt của màng vở với kích thước 15 - 30𝜇𝜇m có màu sáng vàng hoặc nâu

• Nước thường được xử lý cơ h ọc qua các phin lọc phỏng theo mô hình thấm nước tự nhiên trên mặt đất Phin lọc nước có thể là các thùng, các bể, thậm chí là ao

hồ…Vật liệu lọc là các, sỏi được xếp như sau: ở dưới cùng là các lớp sỏi cuội đã rửa

sạch có kích thước nhỏ dần theo chiều cao của lớp lọc, ở lớp trên được trải vào lớp các vàng hạt to rồi đến nhỏ Nước qua lớp cát nhỏ trên cùng rồi thấm dần qua lọc Bề mặt

của lớp các cần phải rộng vì nước thấm qua lọc tương đối chậm Đây là một phin lọc

chậm mà người ta đã bi ết từ thời xa xưa Chiều dày lớp cát 7 – 10cm Trên bề mặt

những hạt cát, sỏi,đá, than, gỗ…và giữa chúng sẽ tạo thành một màng nhầy như gielatin và lớn dần lên, được gọi là màng sinh học Màng này được tạo thành từ hàng triệu hàng tỉ tế bào vi khuẩn, các vi sinh vật khác và có cả động vật nguyên sinh Khác

với quần thể vi sinh vật của bùn hoạt tính, thành phần loài và số lượng các loài ở màng

lọc tương đối đồng nhất Mỗi màng lọc có một quần thể cho riêng mình Sự khác nhau không chỉ là số lượng mà cả chất lượng Khi nước thải chảy qua lọc màng sinh học, do

hoạt động sống của quần thể vi sinh vật, sẽ thay đổi thành phần nhiễm bẩn các chất

hữu cơ có trong nước Các chất hữu cơ dễ phân giải được vi sinh vật sử dụng trước với

vận tốc nhanh, đồng thời số lượng quần thể tương ứng này phát triển nhanh Các chất

hữu cơ khó phân giải sẽ được sử dụng sau với vận tốc cũng chậm hơn và quần thể vi sinh vật đồng hóa chúng phát triển muộn màng hơn

• Màng sinh học được tạo thành chủ yếu là các vi khuẩn hiếu khí và các phin lọc sinh học là các công trình làm sạch nước hiếu khí, nhưng thực ra phải coi đây là hệ tùy

tiện Ngoài các vi khuẩn hiếu khí, màng còn có các vi khuẩn tùy tiện và kị khí Ở ngoài cùng lớp màng là lớp hiếu khí, rất dễ thấy loại trực khuẩn Bacillus Lớp trung gian là các vi khuẩn tùy tiện, như Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Micrococcus

và cả Bacillus Lóp sâu bên trong màng là kị khí, thấy có vi khuẩn kị khí khử lưu

huỳnh và khử nitrat Desulfovibrio Như vậy, hệ sinh vật trong màng sinh học của phin

• Nhìn chung ở vùng trên cùng của phin lọc có sinh khối nhiều chất và màng lọc

cũng là dày nhất, ở vùng giữa ít hơn và vùng dưới nữa là ít nhất Màng vi sinh vật sẽ tăng dần lên và dày thêm, các tế bào bên trong màng ít tiếp xúc với cơ chất và ít nhận được oxi phải chuyển sang phân hủy kị khí Sản phẩm của biến đổi kị khí là các chất

hữu cơ, các alcol…Các chất này tạo ra chưa kịp khuếch tán ra ngoài đã b ị các vi sinh

vật khác sử dụng và nước lọc qua phin không ảnh hưởng gì lớn

• Với đặc điểm như vậy, màng sinh học có thể oxi hóa được tất cả các chất hữu cơ dễ phân hủy có trong nước thải Màng này dần dần bịt các khe giữa các hạt các, phin lọc giữ

lại các tạp chất, các thành phần sinh học có trong nước làm cho vận tốc nước qua lọc chậm

dần và phin làm việc có hiệu quả hơn Nó hấp phụ giữ lại các vi khuẩn cũng như các tạp

chất hóa học Nó oxi hóa các hợp chất hữu cơ có trong nước và nước được dần dần làm

sạch Nếu lớp màng quá dày ta có thể dùng nước rửa, sục nước để loại bỏ màng và phin sẽ

chảy nhanh hơn, hiệu quả của lọc có giảm, nhưng dần dần lại được hồi phục

• Vận tốc lọc tốt là vào khoảng 11000 m3/0.4 ha.ngày

• Hiệu quả của phin lọc chậm có thể giữ được tới 99% vi khuẩn có trong nước

2.2.2 Các công trình hi ếu khí nhân tạo dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám của vi sinh v ật:

• Lọc sinh học đang được dùng hiện nay chia làm 2 loại:

 Lọc sinh học có vật liệu tiếp xúc không ngập trong nước

 Lọc sinh học có vật liệu tiếp xúc đặt ngập trong nước

2.2.2.2 L ọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước (Lọc trong nước)

Lọc nhỏ giọt là loại bể lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc không ngập trong nước Các vật liệu lọc có độ rộng và diện tích mặt tiếp xúc trong một đơn vị thể tích là lớn

nhất trong điều kiện cơ thể Nước đến lớp vật liệu lọc chia thành các dòng hoặc hạt nhỏ

chảy thành lớp mỏng qua khe hở của vật liệu, đồng thời tiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt vật liệu và được làm sạch do vi sinh vật của màng phân hủy hiếu khí và kị khí các chất hữu cơ có trong nước Các chất hữu cơ phân hủy hiếu khí sinh ra CO2 và

nước, phân hủy kị khí sinh ra CH4 và CO2 làm tróc màng ra khỏi vật mang, bị nước

cuốn theo Trên mặt giá mang là vật liệu lọc lại hình thành lớp màng mới Hiện tượng này được lặp đi lặp lại nhiều lần Kết quả là BOD của nước thải bị vi sinh vật sử dụng làm chất dinh dưỡng và bị phân hủy kị khí cũng như hiếu khí: nước thải được làm sạch

 V ật liệu lọc:

Phân lớn các vật liệu lọc có trên thị trường đáp ứng các yêu cầu sau:

Vật liệu lọc khá phong phú: từ đá giăm, đá cuội, đá ong, vòng kim

loại, vòng gốm, than đá, than cốc, gỗ mảnh, chất dẻo tấm uốn lượn v.v…

o Diện tích riêng lớn, thay đổi từ 80 – 220 m2

/m3

o Chỉ số chân không cao để tránh lắng đọng (thường cao hơn 90%)

o Nhẹ Có thể sử dụng ở độ cao lớn (từ 4 đến 10m hoặc cao hơn)

o Có độ bền cơ học đủ lớn Khi làm việc, vật liệu dính màng sinh học và

ngậm nước nặng tới 300 – 350 kg/m3 Để tính toán, giá đỡ thường lấy giá trị an toàn là 500 kg/m3

o Quán tính sinh học cao

Diện tich bề mặt (ft2/ft3)

có cả CH4, H2S v.v…

Thông khí ở bể lọc sinh học:

- Thông khí ở đây có thể bằng cách tự nhiên hay nhân tạo Thông khí tự nhiên là

do sự chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài bể Nếu nhiệt độ của nước thải lớn hơn nhiệt

độ của không khí thì không khí sẽ đi từ cửa thông khí ở thành phía dưới gần đáy bể, qua lớp vật liệu lọc đi lên Ngược lại, nếu nhiệt độ của nước thải thấp hơn nhiệt độ của không khí thì không khí sẽ thâm nhập qua bề mặt lớp vật liệu lọc theo nước thải

xuống đáy bể Trường hợp nhiệt độ của nước thải và không khí bằng nhau thì bể lọc không thông khí Trường hợp này khắc phục bằng thong khí nhân tạo

- Trong thong khí nhân tạo, người ta dùng quạt gió thổi vào khoảng trống ở đáy bể

và không khí từ đó đi lên qua các khe hở của lớp vật liệu

- Lượng không khí cần thiết cho lọc sinh học tính theo công thức:

Wkk=

• Wkk : lượng không khí cần thiết (m3/m3nước thải ngày)

• 21 : tỉ lệ % của oxi trong không khí

- Qua thực tế xác định được lượng oxi sử dụng trong lọc sinh học và trong các công trình sinh học thường không quá 7 – 8% lượng oxi cung cấp

- Khi nhiệt độ dưới 60

C, quá trình oxi hóa chất hữu cơ trong nước thải không xảy ra



- Lọc phun được phân loại theo tải trọng thủy lực hoặc tải trong các chất hữu cơ Do vậy,

có lọc tải trọng thấp và lọc tải trọng cao (cao tải) Các loại lọc này được giới thiệu ở bảng

sau:

Phân lo ại lọc phun:

B ảng 2.3: Phân biệt tải trọng trong các bể lọc sinh học nhỏ giọt:

( Các tiêu thiết kế)

Thông số Đơn vị đo Tải trọng thấp Tải trong cao Chiều cao lớp vật liệu (m) 1 – 3 0,9 – 2,4 (đá)

6 – 8 (nhựa tấm)

Loại vật liệu Đá cục, than cục,

đá ong, cuội lớn lớn, tấm nhựa đúc, cầu Đá cục, than cục, sỏi

nhựa

Tải trọng theo chất hữu

cơ theo thể tích vật liệu

Hiệu quả khử BOD sau

độ tưới nước tức là phụ thuộc vào vòng quay của thiết bị tưới, hay thể tích thùng đo

và tích nước rồi lấy ra bằng xi phông Thời gian tưới gián đoạn khoảng ≤ 5 phút

2.2.2.3 L ọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước:

- Trong quá trình làm việc, lọc có thể khử được BOD và chuyển hóa NH4+ thành

NO3- , lớp vật liệu lọc có khả năng giữ lại cặn lơ lửng Để khử được tiếp tục BOD

và NO3-, P người ta thường đặt 2 lọc nối tiếp Giàn phân phối khí của lọc sau khi ở

giữa lớp vật liệu với độ cao sao cho lớp vật liệu nằm ở phía dưới là vùng thiếu khí (anoxic) để khử NO3- và P Ở lọc này nước và không khí cùng chiều đi từ dưới lên

và cho hiệu quả xử lí cao

- Lọc sinh học với vật liệu nổi ít bị tróc màng sinh học bám quanh các hạt vật liệu,

mặc dù tốc độ thông gió lớn, hàm lượng cặn lơ lửng có ở trong nước ra khỏi lọc đều

nhỏ hơn 20 mg/l Do đó có thể không cần bố trí bể lắng 2 trong hệ thống xử lý

- Kĩ thuật này được áp dụng cho việc xử lí nước thải sinh hoạt đô thị đồng thời

khử được hợp chất hữu cơ cacbon và nitơ, loại bỏ được chất rắn huyền phù Đối với nước sạch sinh hoạt phương pháp lọc sinh học với vật liệu ngập nước rất thích hợp

để nitrat hóa và khử nitrat

- Kĩ thuật này dựa trên hoạt động của quần thể vi sinh vật tập trung ở màng sinh

học có hoạt tính mạnh hơn ở bùn hoạt tính Do vậy nó có thể có những ưu điểm sau:

• Chiếm ít diện tích vì không cần bể lắng trong (bể lắng 2) Đơn giản, dễ dàng cho việc bao, che công trình, khử độc hại (ít mùi và ít ồn), đảm bảo mĩ quan

• Không cần phải rửa lọc, vì quần thể vi sinh vật được cố định lên giá đỡ cho phép chống lại sự thay đổi tải lượng của nước thải

• Dễ dàng phù hợp với nước thải pha loãng

• Đưa vào hoạt động rất nhanh, ngay cả sau một thời gian dừng làm việc kéo dài hàng tháng

• Có cấu trúc modun và dễ dàng tự động hóa

2.2.2.4 L ọc sinh học với lớp vật liệu là các hạt cố định:

- Phương pháp này gần như là phương pháp cải tiến của phương pháp lọc trên

Nó đặc biệt là rất gần với phương pháp lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước

- Hãng Degremont đã ch ế tạo ra một loại vật liệu có tên là Biolite (L, P, F ) có kích cỡ từ 1 – 4mm, khối lượng hạt từ 1,4 đến 1,8 g/cm3, có các đặc điểm chung như sau:

• Trạng thái bề mặt rất ưu thích cho vi khuẩn dính bám

• Ít bi vỡ vụn và chịu đựng được axit

- Các vật liệu có hai nhiệm vụ:

• Làm giá thể mang màng sinh học (các vi sinh vật)

• Tác dụng lọc

- Các lọc sinh học có lớp vật liệu hạt Biolite rất thích hợp cho việc xử lí nước

sạch sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải công nghiệp Các loại nước thải này cần

phải xử lí sơ bộ, đặc biệt là qua lắng 1, trước khi cho vào lọc

- Lọc sinh học với lớp vật liệu lọc dạng hạt được chia thành:

• Biofor : bể lọc sinh học với chiều hỗn hợp dòng khí – nước đi từ dưới đi lên trên

• Biodrof : bể lọc sinh học với chiều dòng khí – nước đi từ trên xuống dưới

• Nitrazur : lọc có hòa tan trước không khí hoặc oxi kĩ thuật vào nước

• BIOFOR thường được dùng sau lắng sơ bộ hoặc tuyển nổi Lĩnh v ực sử

dụng kĩ thuật này có đặc điểm:

o Loại bỏ BOD5 của chất thải chứa nồng độ nhỏ hơn 300 mg / l

o Giữ lại huyền phù của chất thải có nồng độ nhỏ hơn 150 mg / l

o Loại bỏ amoniac bằng oxi hóa

o Khử nitrat của nước chứa nitrat bằng không khí nén

• Khi xử lí nước thải đô thị, hiệu quả làm giảm các chất huyền phù có trong nước tới 70 – 85%, với tốc độ dòng chảy từ 2 đến 6 m/h, dung lượng huyền phù khoảng 1,5 – 2 kg/m3 Hàm lượng BOD trong nước thải trung bình (2 – 6 kg BOD5/m3 ngày) Biofor có thể loại được 75 – 85%

2.2.2.4.3

Nước trước khi đi vào lọc được hòa tan không khí hoặc oxi Với vật liệu Biolite dùng trong trường hợp này không bị nhiễu loạn do sự có mặt của các bọt khí

Hiệu suất loại bỏ huyền phù của Oxiazur khá cao Bộ lọc thông dụng có dòng

chảy xuôi và thích hợp cho các loại nước thải có hàm lượng BOD5 nhỏ

OXIAZUR ( Lọc có hòa tan trước không khí hoặc oxi)

2.2.2.4.4

Lọc Nitrazur dùng để loại bỏ nitơ để sản xuất nước uống, bao gồm 2 kĩ thuật :

kĩ thuật nitrat hóa (NITRAZUR N) và khử nitrat (NITRAZUR DN)

Lọc NITRAZUR

2.2.2.5 Đĩa quay sinh học RBC:

- Đĩa quay sinh học gồm hàng loạt đĩa tròn, phẳng được làm bằng PVC (poly vinyl clorit) hoặc PS (poly styren), lắp trên một trục Các đĩa này được đặt ngập vào nước

một phần (khoảng 30 – 40% theo đường kính có khi ngập tới 70 – 90%) và quay

chậm khi làm việc Đây là công trình hay thiêt b ị xử lý nước thải kĩ thuật màng sinh

học dựa trên sự sinh trưởng găn kết của vi sinh vật trên bề mặt của các vật liệu đĩa

- Đĩa quay sinh học được áp dụng đầu tiên ở CHLB Đức năm 1960 sau đó ở Mỹ Ở

Mỹ và Canada, 70% hệ thống RBC được sử dụng để loại BOD, 25% để loại BOD

và nitrat, 5% để loại nitrat Hệ đĩa quay gồm những đĩa tròn poly styren hoặc poly vinyl clorit đặt gần sát nhau nhúng chìm khoảng 40 – 90% trong nước thải hoặc quay

với vận tốc chậm Tương tự như bể lọc sinh học, một lớp màng sinh học được hình thành và bám chắc vào vật liệu đĩa quay

- Khi quay màng sinh học tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và sau đó tiếp xúc với oxi khi ra khỏi nước thải Đĩa quay được nhờ môtơ hoặc sức gió Nhờ quay liên tục mà màng sinh học vừa tiếp xúc được với không khí vừa tiếp xúc được với

chất hữu cơ trong nước thải, vì vậy chất hữu cơ được phân hủy nhanh

- Yếu tố quan trọng nhất ảnh hưởng đến hoạt động của RBC là lớp màng sinh học

ắt đầu vận hành các vi sinh vật trong nước bám vào vật liệu và phát triển ở đó

cho đến khi tất cả vật liệu được bao bởi lớp màng nhầy dầy chừng 0,16 – 0,32 cm Sinh khối bám chắc vào RBC tương tự như ở màng sinh học

- Vi sinh vật trong màng bám trên đĩa quay g ồm các vi khuẩn kị khí tùy tiện như Pseudomonas, Alcaligenes, Flavobacterium, Micrococcus, các vi sinh vật hiếu khí như Bacillus thì thư ờng có ở lớp trên của màng Khi kém khí hoặc yếm khí thì tạo thành lớp màng vi sinh vật mỏng và gồm các chủng vi sinh vật yếm khí như Desulfovibrio và một số vi khuẩn sunfua

- Đĩa quay sinh học thường được thiết kế trên cơ sở yếu tố tải trọng rút ra từ kết

quả nghiên cứu ở trạm thử nghiệm, mô hình sản xuất, mặc dù (có thể phân tích) năng suất của nó theo phương pháp tiệm cận, tương tự như đối với các bể lọc sinh

học Cả hai chỉ tiêu tải trọng thủy lực và tải trọng chất hữu cơ đều được dùng để xác định kích thước công trình xử lý bậc hai Các loại tải trọng đối với thời tiết ấm áp và toàn năm về nitrat hóa sẽ thấp hơn nhiều so với tải trọng khi xử lý bậc hai

- Năng suất tải của đĩa RBC vào khoảng 0,5 – 1 kg BOD/m3 ngày Nên giảm bớt

chất hữu cơ vào ở giai đoạn đầu để đề phòng xảy ra hiện tượng thiếu khí oxi Tải lượng nước trên bề mặt vật liệu của RBC thay đổi trong khoảng 0,03 – 0,06

m3/m2.ngày với nước thải xử lý lần 2 và 0,01 m3/m2.ngày với nước cần xử lý nitrat

Mối liên hệ giữa thể tích bồn chứa và bề mặt vật liệu có ý nghĩa rất lớn Dung tích

tối ưu của bồn chứa xử lý nước thải sinh hoạt là khoảng 4,88 l/m2 bề mặt vật liệu và

thời gian lưu nước khoảng 40 – 90 phút cho oxi hóa các hợp chất cacbon hữu cơ và

90 – 240 phút cho nitrat hóa

2.3 Các vi sinh v ật tham gia vào quá trình xử lý nước thải:

- Ở loại nước thải thường có những vi sinh vật đặc trưng riêng, phụ thuộc chủ yếu vào thành phần vật chất có trong nước thải Phần lớn vi sinh đóng vai trò r ất quan

trọng trong quá trình chuyển hóa, chúng có tác dụng làm giảm chất hữu cơ trong nước thải, đồng thời giúp ổn định nồng độ chất hữu cơ trong các dòng chảy Trong nước thải số lượng và chủng loại vi sinh vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhất là các

ất hữu cơ hòa tan trong nư ớc, các chất độc, pH của môi trường, những yếu tố

quyết định đến sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật như các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng của chúng Do đó, để tăng cường vai trò của vi sinh vật hoạt

động trong xử lý nước thải thì cần phải thiết kế điều kiện môi trường phù hợp

- Nước càng bẩn, càng chứa nhiều chất hữu cơ, nếu thích nghi và sinh trưởng được thì sự phát triển của vi sinh vật càng nhanh Tuy nhiên, không phải tất cả các

vi sinh vật đều có lợi cho các quá trình chuyển hóa trong xử lý nước thải Nếu như điều kiện môi trường không còn thích hợp cho hoạt động của các loài vi sinh vật,

hoặc số lượng các vi sinh vật trong hệ thống xử lý tăng đột biến, điều này sẽ ngăn

cản trở quá trình chuyển hóa và làm giảm hiệu suất xử lý nước thải

- Trong nước thải có nhiều loại vi sinh vật khác nhau: vi khuẩn, nấm men, nấm

mốc, xoắn thể, xạ khuẩn, virus, thực khuẩn thể…nhưng chủ yếu là vi khuẩn

- Đặc biệt nước thải sinh hoạt của các xí nghiệp chế biến thực phẩm, rất giàu các

chất hữu cơ, vì vậy số lượng vi sinh vật trong nước là rất lớn Trong số này chủ yếu

là vi khuẩn, chúng đóng vai trò phân hủy các chất hữu cơ, cùng với các khoáng

chất khác dùng làm vật liệu xây dựng tế bào đồng thời làm sạch nước thải

- Theo quan điểm hiện đại (NCBI – Nation Center for Biotechology Information, 2005) thì vi khuẩn bao gồm các ngành sau này: Aquificae, thermotogae,

defferribacteres, cyanobacteria, proteobacteria, firmicutes, actinobacteria, planetomycetes, chlamydiae/Nhóm verrucomicrobia, spirochaetes, fibrobacteres/Nhóm axitobacteria Bacteroidetes/Nhóm chlorobia, fusobacteria,

dictyoglomy Việc phân ngành dựa trên các đặc điểm hình thái, sinh lý, sinh hĩa,

sinh thái

Hình 2.5: Aquificae Hình 2.6: Thermotogae

- Vi khuẩn là sinh vật đơn bào, có kích thước nhỏ từ 0,3-1μm, cơ thể chứa khoảng 85% là nước và 15% là các khoàn chất hay chất nguyên sinh Chất nguyên sinh phần lớn là S, K, Na, Cl và một lượng nhỏ Fe, Si và Mg chúng đứng riêng rẽ hoặc xếp thành đôi, thành 4 tế bào hoặc hình thành khối với 8 tế bào, xếp thành chuỗi hoặc thành chùm Vi khuẩn sinh sản bằng cách chia đôi tế bào Trong điều kiện chất dinh dưỡng, oxi, pH và nhiệt độ môi trường thích hợp thì thời gian thế hệ là 15-30 phút

- Các vi khuẩn trong nước thải có thể chia làm 4 nhóm lớn: nhóm hình cầu

(Cocci) có đường kính khoảng 1-3 𝜇𝜇m; nhóm hình que (Bacillus) có chiều rộng

khoảng 0,3-1,5 𝜇𝜇m chiều dài khoảng 1-10 𝜇𝜇m (điển hình cho nhóm này là vi khuẩn E coli có chiều rộng 0,5 𝜇𝜇m chiều dài 2 𝜇𝜇m); nhóm vi khuẩn hình que

cong và xoắn ốc (Spirilla), vi khuẩn hình que cong có chiều rộng khoảng 0,6-1,0

𝜇𝜇m và chiều dài khoảng 2-6 𝜇𝜇m; trong khi vi khuẩn hình xoắn ốc có chiều dài có thể lên đến 50 𝜇𝜇m; nhóm vi khuẩn hình sợi có chiều dài khoảng 100 𝜇𝜇m hoặc dài hơn

- Các vi khuẩn đóng vai trò quan trọng bậc nhất trong quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ trong tự nhiên cũng như trong các bể xử lý, biến chất hữu cơ thành chất ổn định tạo thành bông cặn dễ lắng, làm sạch nước thải trong vòng tuần hoàn vật chất

- Vi khuẩn được chia thành 2 nhóm chính:

o Vi khuẩn ký sinh (Paracitic Bacteria) là vi khuẩn sống bám vào vật chủ,

thức ăn của nó là thức ăn đã được vật chủ đồng hóa, chúng thường sống trong đường ruột của người và động vật, đi vào nước thải theo phân và nước tiểu

Hình 2.7: Paracitic Bacteria

o Vi khuẩn hoại sinh (Saprophytic Bacteria) dùng chất hữu cơ không hoạt động

làm thức ăn, nó phân hủy cặn hữu cơ làm chất dinh dưỡng để sống và sinh sản, và thải ra các chất gồm cặn hữu cơ có cấu tạo đơn giản và cặn vô cơ Bằng quá trình

hoạt động như vậy, vi khuẩn hoại sinh đóng vai trò cực kì quan trọng trong việc làm sạch nước thải Nếu không có hoạt động sống và sinh sản của vi khuẩn, quá trình phân hủy sẽ không xảy ra Có rất nhiều loài vi khuẩn hoại sinh, mỗi loài đóng vai trò rất đặc biệt trong mỗi công đoạn của quá trình phân hủy hoàn toàn cặn hữu cơ có trong nước thải và mỗi loài sẽ tự chết khi hoàn thành quy trình sống và sinh sản

ở giai đoạn đó

Hình 2.8: Saprophytic Bacteria

- Tất cả các loài vi khuẩn ký sinh và hoại sinh can có thức ăn và oxi để đồng hóa Một số loài trong số vi khuẩn này chỉ có thể hô hấp bằng oxi hòa tan trong nước gọi là vi khuẩn hiếu khí, còn quá trình phân hủy chất hữu cơ của chúng gọi là quá trình hiếu khí hay quá trình oxi hóa Một số loài khác trong số các vi khuẩn này không thể tồn tại được khi có oxi hòa tan trong nước, những vi khuẩn này gọi là vi khuẩn kị khí và quá trình phân hủy gọi là quá trình kị khí, quá trình này tạo

ra các mùi khó chịu Còn một số loài vi khuẩn hiếu khí trong quá trình phân hủy chất hữu cơ, nếu thiếu hoàn toàn oxi hòa tan, chúng có thể tự điều chỉnh để thích

nghi với môi trường gọi là vi khuẩn hiếu khí tùy nghi Ngược lại cũng tồn tại một loài vi khuẩn kị khí, khi có oxi hòa tan trong nước chúng không bị chết mà lại làm quen được với môi trường hiếu khí gọi là vi khuẩn kị khí tùy nghi Sự tự điều chỉnh để thích nghi với môi trường có sự thay đổi của oxi hòa tan của vi khuẩn hoại sinh là rất quan trong trong quy trình phân hủy chất hữu cơ của nước thải trong các công trình xử lý

- Nhiệt độ của nước thải có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình hoạt động và sinh sản của vi khuẩn, phần lướn vi khuẩn hoại sinh hoạt động có hiệu quả cao và phát triển mạnh mẽ ở nhiệt độ từ 20-400C Một số loài vi khuẩn trong xử lý cặn phát triển mạnh mẽ ở nhiệt độ 50-600C Khi duy trì các điều kiện môi trường: thức ăn, nhiệt độ, pH, oxy, độ ẩm thích hợp để vi khuẩn phát triển thì hiệu quả xử lý sinh học trong công trình sẽ đạt hiệu quả cao nhất

- Tuy nhiên không phải tất cả các loài vi khuẩn đều có lợi cho quá trình sinh hóa, một vài trong số chúng là loài gây hại, trong đó có hai loài vi khuẩn tiêu biểu

có hại cho hệ thống Một là các dạng vi khuẩn dạng sợi (Filamentous) là các dạng

phân tử trung gian, thường kết với nhau thành lớp lưới nhẹ nổi lên mặt nước và gây cản trở cho quá trình lắng, làm cho lớp bùn đáy không có hiệu quả, sinh khối sẽ không gắn kết lại và theo các dòng chảy sạch đã qua xử lý ra ngoài Một dạng

vi khuẩn có hại khác tồn tại trong lượng bọt dư thừa trong các bể phẩn ứng sinh hóa, phát sinh từ các hệ thống thông gió để tuần hoàn oxi trong hệ thống

- Theo phương thức dinh dưỡng, vi khuẩn được chia làm 2 loại như sau:

o Vi khuẩn dị dưỡng (Heterotroph): sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn

cacbon dinh dưỡng và nguồn năng lượng để hoạt động sống, xây dựng và phát triển tế bào

Hình 2.9: Heterotroph

o Vi khuẩn tự dưỡng (Autotroph): có khả năng oxi hóa chất vô cơ để thu

năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng hợp Trong nhóm này có vi khuẩn nitrate hóa, vi khuẩn sắt, vi khuẩn lưu huỳnh…

2.3.2 Virus và thực khuẩn thể:

- Virus là những sinh vật cực nhỏ (kích thước khoảng 20-100nm) Chúng không có cấu tạo tế bào, thành phần hóa học rất đơn giản, chỉ bao gồm protein và acid nucleic, virus chỉ chưa AND hoặc ARÛN, không thể sống độc lập mà phải sống kí sinh vào tế bào chủ Mỗi virus có một loại tế bào chủ tương ứng, virus bám vào tế bào chủ rồi xâm nhập vào nội bào, phần acid nucleic được giải phóng ra khỏi vỏ bọc

- Virus có nhiều dạng: virus của động vật có hình quả cầu, hình trứng (virus đậu gà), hình hộp vuông hay hình chữ nhật (đậu bò), hay hình gậy…virus thực vật có hình quả cầu hay hình que dài( virus đốm lá, thuốc lao) Sự hiện diện của virus trong nước thải sẽ ảnh hưởng không tốt cho quá trình xử lý

- Thực khuẩn thể là virus của vi khuẩn, có khả năng làm tan các tế bào vi khuẩn rất nhạnh Thực khuẩn có hình dáng giống quả chùy, phần đuôi cán có sợi móc để bám vào vỏ của tế bào vi khuẩn, rồi làm tan một lỗ nhỏ trên vỏ tế bào, phần acid nucleic bên trong của virus sẽ nhanh chóng xâm nhập vào nội bào

- Trong nước thải thường có những vi khuẩn gây bệnh cho người và động vật, kèm theo có cả những thực khuẩn thể tương ứng với từng loại vi khuẩn đó Do đó khi thấy có thực khuẩn thể trong nước thải người ta có thể kết luận được sự có mặt của

vi khuẩn tương ứng

2.3.3 Vi nấm (Fungi)

- Nấm có cấu tạo cơ thể đa bào, hiếu khí, và thường thuộc loại cơ thể sinh vật dị dưỡng Chúng lấy dưỡng chất từ các chất hữu cơ trong nước thải Cùng với vi khuẩn, nấm chịu trách nhiệm phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải Về mặt sinh thái học nấm có hai ưu điểm so với vi khuẩn: nấm có thể phát triển trong điều kiện ẩm độ và pH thấp Không có sự hiện diện của nấm, chu trình cacbon sẽ chậm lại và các chất thải hữu cơ sẽ tích tụ trong môi trường

Các giống nấm thường gặp trong nước thải là Saplogeria và Leptomus