Bùn hoạt tính mang đến cho chúng ta rất nhiều ứng dụng thiết thực như giảm chi phí xử lý nước thải và an toàn cho môi trường. Vậy loại bùn này được sinh ra từ đâu và có những đặc tính như thế nào? Cùng chúng tôi tìm kiếm câu trả lời ngay thôi nào.
Bùn hoạt tính là gì?
Định nghĩa bùn hoạt tính
Bùn hoạt tính (bùn vi sinh hoạt tính) là tập hợp các vi sinh vật, vi khuẩn có khả năng ổn định chất hữu cơ hiếu khí được tạo nên trong quá trình sinh hóa hiếu khí khi xử lý nước thải theo phương pháp sinh học. Chúng là các bông cặn (có kích thước từ 3 – 150um) màu nâu sậm, chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nước thải, đây cũng là nơi cư trú và phát triển của vô số các vi sinh vật, vi khuẩn khác.
Thành phần cấu tạo
Bùn hoạt tính là quần thể sinh vật, vi sinh vật phức tạp, bao gồm: nấm, protozoa, tích trùng và các loài động vật nguyên sinh, vi khuẩn, xạ khuẩn… Thành phần cấu tạo của bùn sẽ thay đổi theo nhiệt độ và thành phần nước thải. Nước thải chứa protein là môi trường phát triển lý tưởng của các loại Alcaligenes, Flavobacterium và Bacillus. Còn nước thải chứa nhiều hydrat cacbon sẽ kích thích Pseudomonas.
Quá trình hình thành
Vi khuẩn bám vào những chất lơ lửng trong nước để cư trú, sinh sản và phát triển sau đó dần tạo thành các hạt bông bùn được gọi là bùn hoạt tính. Vi sinh vật tiếp tục phát triển nhờ vào khả năng hấp thụ trên bề mặt và oxy hóa các chất hữu cơ trong nước thải rồi lắng lại dưới đáy bể, từ đó loại bỏ những chất độc hại này ra khỏi nguồn nước khiến mặt nước trong hơn.
Vi sinh vật có thể sinh sản bằng cách sinh sản giới tính, nảy mầm, nhưng chủ chúng sinh sản bằng cách phân đôi tế bào. Tuy nhiên, việc sinh sản này cũng sẽ ngừng lại khi thức ăn cạn kiệt, chỉ số pH và nhiệt độ thay đổi ra ngoài giá trị tối ưu.
4 giai đoạn tăng trưởng của sinh khối:
- Giai đoạn tăng trưởng chậm: Vi khuẩn cần thời gian thích nghi với môi trường dinh dưỡng, tuy nhiên, so với giai đoạn phát triển chậm của vi khuẩn thì giai đoạn này ngắn hơn nhiều.
- Giai đoạn tăng sinh khối theo logarit: Khả năng xử lý chất nền của vi khuẩn có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ trao đổi chất và tăng trưởng của chúng.
- Giai đoạn tăng trưởng chậm dần: tốc độ tăng sinh khối giảm dần do nguồn thức ăn trong môi trường cạn kiệt.
- Giai đoạn hô hấp nội bào: Trong giai đoạn này vi khuẩn phải thực hiện trao đổi chất bằng chính các nguyên sinh chất trong có trong tế bào, từ đó sinh khối giảm dần.
Vai trò của bùn hoạt tính trong xử lý chất thải
Nhờ có thành phần vi sinh vật phong phú nên bùn hoạt tính có thể oxy hóa đồng thời nhiều hợp chất cacbon hữu cơ khác nhau, xử lý chất thải hiệu quả, Cụ thể, vai trò làm sạch nước thải của bùn hoạt tính có thể chia làm 8 nhóm vi khuẩn sau:
Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng bùn vi sinh
Vi khuẩn cần có môi trường thích hợp để hình thành và phát triển thành bông bùn, trong đó con người có thể điều chỉnh, tác động vào quá trình này.
Cụ thể, có những yếu tổ ảnh hưởng đến chất lượng bùn vi sinh như:
- Nhu cầu oxy: vi khuẩn phát triển mạnh mẽ khi có tốc độ ăn nhanh, để làm được điều này chúng cần sử dụng oxy ở tốc động nhanh.
- Tuổi bùn: Vi khuẩn tiêu giảm tiêm mao và tích luỹ chất nhờn bên ngoài thành tế bào. Từ đó tạo thành bông bùn lớn và có thể lắng xuống đáy bể.
- Oxy hoà tan: Vi khuẩn hiếu khí cần ít nhất 0,1 – 0,3 mg/L oxy để tồn tại. Trong dịch lỏng tế bào cần ít nhất 2mg/L oxy để đáp ứng yêu cầu của trung tâm bông bùn. Nếu không vi khuẩn ở trung tâm sẽ chết khiến bông bùn bắt đầu vỡ ra.
- Khuấy trộn: Đây là tác động cần thiết để vi khuẩn có thể tiếp xúc với oxy và chất dinh dưỡng. Nếu không khuấy trộn đủ, vi khuẩn sẽ không bị hạn chế thức ăn và oxy khiến chúng không thể bơi, từ đó việc xử lý chất thải không thể diễn ra.
- Độ pH: Các enzyme của vi khuẩn rất phụ thuộc vào độ pH nên cần tránh việc thay đổi độ pH quá nhanh và hãy duy trì trong khoảng tối ưu từ 7,0 – 7,5.
- Nhiệt độ: phản ứng sinh hoá phụ thuộc vào nhiệt độ, phản ứng xảy ra chậm hơn khi nhiệt độ thấp và ngược lại.
- Chất dinh dưỡng: Vi khuẩn cần có những chất dinh dưỡng cơ bản chi sự phát triển (nito, carbon, phốt pho, kali, natri, magie và sắt). Tất cả các chất này đều có trong nước thải sinh hoạt nói chung, đối với nước thải công nghiệp không có đủ những thành phần thầy thì người thiết kế hệ thống xử lý nước cần bổ xung thêm.
Phân loại bùn hoạt tính
Bùn hoạt tính được phân thành 3 loại với đặc tính và màu sắc khác nhau tùy thuộc vào từng loại nước thải.
Bùn hoạt tính hiếu khí
Loại bùn này có màu vàng nâu, bùn lơ lửng dạng hỗn dịch và khi bắt đầu lắng xuống thì sẽ tạo thành những bông bùn.
Bùn hoạt tính yếm khí
Bùn loại này có màu nâu sẫm hơn và kích thước bông bùn to hơn, tốc độ lắng cũng nhanh hơn so với bùn vi sinh hiếu khí. Bên trong bông bùn hoạt tính yếm khí chứa các bọt khí (khí Nito – NO2), sau khi lắng khoảng 30 phút thì các bọt khí này sẽ lớn dần và khiến các bông bùn nổi lên trên bề mặt.
Bùn hoạt tính kỵ khí
Bùn hoạt tính kỵ khí có màu đen và trong quá trình phân hủy chất thải, loại bùn này sẽ tạo thành khí đốt metan (CH4) có ngọn lửa màu xanh đặc trưng khi đốt. Bùn hoạt tính kỵ khí được chia làm 2 loại:
- Bùn kỵ khí lơ lửng (kỵ khí tiếp xúc): Ns được tạo thành nhờ có máy khuấy trộn tạo thành dòng lơ lửng trong bể.
- Bùn hạt (kỵ khí dòng chảy ngược UASB): Bông bùn to, lắng nhanh, bùn có dạng hạt – những hạt này càng lớn thì chứng tỏ vi sinh vật phát triển tốt.
Cơ chế phân hủy chất thải nhờ vi sinh vật trong bùn
Phương pháp xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính có cơ chế phân hủy các chất hữu cơ theo quy trình: Oxy hóa (phân hủy) chất hữu cơ, tổng hợp tế bào và hô hấp nội bào (tự oxy hóa).
Phương trình hóa học thể hiện các quá trình phân hủy chất hữu cơ.
Cơ chế phân hủy chất thải nhờ vi sinh vật trong bùn gồm các giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Các hợp chất hữu cơ tiếp xúc bề mặt tế bào
- Giai đoạn 2: Các chất hữu cơ khuếch tán, hấp thụ vào trong tế bào vi sinh vật qua màng bán thấm
- Giai đoạn 3: Chuyển hóa các chất trong nội bào và tổng hợp các vật liệu mới cho tế bào vi sinh vật
- Giai đoạn 4: Các sản phẩm oxy hóa được di chuyển từ trong tế bào ra bề mặt của tế bào vi sinh vật
- Giai đoạn 5: Các chất trên bề mặt tế bào được pha lỏng do khuếch tán và đối lưu.
Mỗi hợp chất hữu cơ sẽ có tốc độ oxy hóa khác nhau, hydratcacbon và một số chất hữu cơ khác được phân hủy đầu tiên; tiếp đến tinh bột và đường cũng dễ bị phân hủy; xenlulozo và các chất béo ít tan có tốc độ phân hủy chậm hơn.
Quy trình vận hành hệ thống xử lý nước thải bằng bùn vi sinh
Đầu tiên, bạn cần có đủ lượng bùn vi sinh để vận hành hệ thống xử lý nước thải,. Tiếp đến là chuẩn bị các bể chứa sinh học, tiến hành khởi động bể aerotank và mương phân hủy theo trình tự sau:
- Xả nước thải vào bể, lưu ý nồng độ BOD của nước giao động từ 200 đến 250mg/l, trong tường hợp nước thải có nồng độ vượt ngưỡng trên thì cần pha loãng trước khi xử lý. Lượng bùn lắng sẽ được tuần hoãn liên tục từ bể lắng sang bể aerotank.
- Thời gian càng lâu, lượng bùn hoạt tính sẽ càng tăng, song song với đó hợp chất nitrat và nitri bắt đầu xuất hiện, lúc này chúng ta có thể xả thêm nước thải cần xử lý vào bể hoặc không cần pha loãng nước nữa.
- Chuẩn bị bùn hoạt tính: Lượng bùn cần dùng không được nhiễm các chất bẩn như dầu mỡ, dầu khoáng. Bùn hoạt tính sẽ được trộn với nước, sau đó để lắng trong khoảng 5 phút rồi chuyển sang bể aerotank và thực hiện thổi khí bên trong bể.
- Tiếp đến, nước thải được xả vào bể aerotank, lượng nước đổ vào cần tương ứng với lượng bùn tích lũy trong bể.
- Khi điều kiện vận hành không còn ổn định nữa, bùn trong bể sẽ phát triển thành nhiều dạng khác nhau khiến bùn nổi lên trên bề mặt và bị nước cuốn trôi đi.
- Thiết bị bơm dâng (ống thông nhau) được đặt ở các vị trí tương ứng để kiểm soát mức bùn cao nhất và thấp nhất trong bể.
Vận hành hệ thống bùn vi sinh là một quy trình rất phức tạp đòi hỏi người vận hành phải có trình độ chuyên môn nhất định.
Ưu nhược điểm của công nghệ xử lý chất thải bằng bùn hoạt tính
Ưu điểm
Hiệu quả xử lý BOD của bùn hoạt tính rất cao, đạt tiêu chuẩn an toàn vệ sinh môi trường
Nhược điểm
- Trong quá trình vận hành có thể phát tán bọt khí hoặc vi khuẩn do hiện tượng sục khí gây ra.
- Chi phí vận hành cao do tiêu tốn nguồn điện để bơm tuần hoàn bùn, bơm thổi khí
- Vận hành phức tạp
Trên đây là những thông tin cơ bản về bùn hoạt tính cũng vai trò, đặc điểm và cách vận hành hệ thống bùn vi sinh. Hy vọng rằng bài viết này sẽ mang đến những kiến thức hữu ích cho bạn trong quá trình vận hành xử lý chất thải bằng bùn hoạt tính.
Tôi là Hưng Thịnh từng tốt nghiệp đại Tài Nguyên và Môi Trường Hà Nội. Có 15 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực vệ sinh môi trường. Tôi là chuyên gia trong lĩnh vực xử lý chất thải, Hút bể phốt, Thông tắc cống, Nuôi cấy và vận chuyển bùn vi sinh trên toàn quốc. Nếu cần hỗ trợ có thể liên hệ đến chúng tôi bạn sẽ được các chuyên gia đầu nghành tư vấn giải pháp xử lý triệt để.
