Đồ án Nghiên cứu quá trình xử lý cod và ammonium của nước thải sản xuất nước tương bằng bùn hoạt tính lơ lửng

thống xử lý sao cho sử dụng được triệt để lượng oxy cung cấp. Để giải quyết vấn đề này người ta đã thiết kế loại thiết bị kín để xử lý nước thải nhưng định kì giải phóng lượng CO2 tích luỹ trong môi trường nuôi. Việc sử dụng oxy tinh khiết đã làm tăng tốc độ oxy hoá các chất hữu cơ trong hệ thống xử lý sinh học dẫn đến tăng tải lượng xử lý chất hữu cơ, vì thế mà tránh được việc phải pha loãng ở một số loại nước thải có mức độ ô nhiễm hữu cơ cao trước khi xử lý hiếu khí. Đồng thời nó cho phép tăng hàm lượng bùn hoạt tính trong bể xử lý. Bằng biện pháp đó sẽ tăng cường quá trình phân giải các chất có sự tham gia của các enzym ngoại bào nằm trong vỏ nhầy của tế bào hoặc trong các búi bùn hoạt tính. Điều đáng chú ý là sơ đồ dòng chảy trong bể hiếu khí sử dụng oxy tinh khiết thực tế không khác các mô hình làm sạch nước thải hiếu khí khác. Công nghệ làm thoáng theo chiều sâu Công nghệ làm thoáng theo chiều sâu là một trong những loại công nghệ mới đã được đề cập. Thực chất của công nghệ này cũng là công nghệ bùn hoạt tính. Nhờ quá trình trao đổi khí với chất lỏng xảy ra vời cường độ cao và kéo dài nên tiết kiệm được lượng khí cung cấp. 3.2.2 Xử lý nước thải hiếu khí bằng màng lọc sinh học Lọc nước thải qua đất trên các cánh đồng là một dạng xử lý nước thải bằng màng lọc sinh học cố định sớm nhất. Các vi sinh vật bám trên bề mặt của các hạt bùn đã sử dụng và làm sạch các chất gây ô nhiễm có trong nước thải. Trong phương pháp xử lý nước bằng màng lọc sinh học cố định, các vi sinh vật làm sạch nước thải bám vào chất màng cố định hoặc đĩa quay. Có nhiều dạng lọc sinh học cố định nhưng phổ biến nhất là lọc sinh học nhỏ giọt và đĩa quay sinh học Lọc sinh học (bể lọc, tháp lọc, đĩa lọc) Bể lắng thứ cấp Bể lắng sơ cấp Không khí Nước ra NT vào Xả bùn cặn Xả bùn Hình 5 : Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp lọc sinh học a. Bể lọc sinh học nhỏ giọt (SBF – Strickling Biological Filter) Hệ thống lọc sinh học nhỏ giọt là hệ thống lọc sinh học được tìm ra lần đầu tiên tại trạm thực nghiệm Lawrence ở Matsachusetts năm 1891. Ngay từ những năm 40 của thế kỷ 20 ở Mỹ đã có 60% hệ thống xử lý nước thải sử dụng hệ thống loại này. Năm 1946 hội đồng nghiên cứu quốc gia của Mỹ đã dùng các công thức toán học để thiết kế hệ thống lọc nhỏ giọt. Sự phát triển công nghệ sản xuất các loại polyme đã giúp tăng nhanh hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp xử lý này. Hệ thống lọc sinh học nhỏ giọt bao gồm bể lọc có cấu tạo hình trụ chứa vật liệu lọc, hệ thống phân phối nước đảm bảo tưới đều trên toàn bộ bề mặt bể lọc và chảy từ từ qua các vật liệu lọc có màng sinh học cố định, hệ thống thu và dẫn nước sau khi lọc hệ thống dẫn và phân phối khí vào bể từ dưới lên trên . Trước đây vật liệu lọc thường được sử dụng là đá (đường kính 25 – 100mm), bể lọc cao khoảng 1 – 2,5m, song những năn gần đây vật liệu lọc thường là các chất tổng hợp và chiều cao của bể có thể lên tới 12 – 18m. Người ta đã thiết kế máy phân tán nước thải vào bể và tuỳ thuộc vào chất lượng nước thải mà thay đổi lưu lượng và thời gian lưu trong bể nước. Với hệ vi sinh vật bám vào giá thể là các vật liệu lọc như đá granit, vòng gốm, các loại nhựa plastic. Quá trình oxy hoá diễn ra rất nhanh do vậy hệ thống này rút ngắn được thời gian xử lý đồng thời có thể xử lý có hiệu quả nước cần xử lý bằng các quá trình nitrat hoá và khử nitrat. Tuy vậy nhược điểm của phương pháp này là không khí đầu ra thường có mùi hôi và nhiều ruồi muỗi. Bên cạnh đó, hiện tượng tắc nghẽn có thể xảy ra do màng lọc quá dày. Hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học nhỏ giọt phụ thuộc vào việc lựa chọn vật liệu lọc và hệ vi sinh vật bám vào màng lọc. b. Đĩa quay sinh học (RBC – Rotating Biological Contactors) RBC bao gồm một hệ thống đĩa plastic tròn mỏng được sắp xếp với nhau và được ngâm chìm 40% diện tích đĩa vào bể có chứa nước thải chảy qua. Trục quay nằm ngang và các đĩa được quay tròn trong môi trường nước thải với tốc độ 1vòng/phút. Vi sinh vật tạo thành màng sinh học cố định trên mặt các đĩa, khi các đĩa quay vào nước thải, các chất hữu cơ trong nước bị vi sinh vật hập thụ và phân huỷ. Khi màng quay ra khỏi mặt nước oxy từ không khí sẽ được hấp thụ và giữ cho vi sinh vật phát triển hiếu khí. Phương pháp RBC không đòi hỏi diện tích rộng, trang thiết bị đơn giản, khả năng tải trọng cao, đặc biệt là quá trình nitrat hoá diễn ra thuận lợi. Đĩa quay sinh học được áp dụng đầu tiên ở Đức từ những năm 60 của thế kỷ trước. Ơû Mỹ và Canada 70% hệ thống RBC được sử dụng để loại các chất hữu cơ, 25% để loại nitơ liên kết. Hệ thống đĩa quay thường bao gồm các đĩa tròn polystyren và polyvinyl clorit. Tương tự như bể lọc sinh học nhỏ giọt, 1 lớp màng sinh học hình thành và bám chặt vào bề mặt đĩa quay. 3.2.3 Phương pháp xử lý nước thải thiếu khí (Anoxic) Khi hạn chế hoặc ngừng sục khí cho bể bùn hoạt tính – điều kiện thiếu oxy phân tử hoà tan – một số vi sinh vật có khả năng lấy oxy liên kết trong nitrat hay sulfat nhờ khả năng khử của chúng để tiếp tục sinh trưởng và phát triển. Khi sự khử nitrat xảy ra, các chất hữu cơ sẽ được oxy hoá và nitơ phân tử được giải phóng từ nitrat sẽ thoát vào không khí. Vì vậy đối với các nước thải ô nhiễm bẩn chứa nhiều nitơ cần phải xử lý, người ta thường kết hợp các công đoạn hiếu khí và thiếu khí trong cùng một hệ xử lý – bể Aerotank hỗn hợp. Hiếu khí Thiếu khí Hiếu khí Thiếu khí Lắng Xả bùn dư Tuần hoàn bùn Nước vào Nước ra Hình 6 : Sơ đồ bể aerotank hỗn hợp Hệ thống này vừa tận dụng được chất hữu cơ cho quá trình khử nitrat vừa tận dụng được oxy cho quá trình oxy hoá chất hữu cơ. 3.2.4 Phương pháp xử lý nước thải kị khí (Anaerobic Treatment) Năm 1890 – 1891, Scott Monerief cho xây dựng ở nước Anh một bể với khoảng trống ở bên dưới và một lớp đá ở bên trên. Nước thải của người được đưa vào khoảng trống sau đó đi lên qua lớp đá sỏi. Đó là ứng dụng đầu tiên của lọc kị khí. Từ đó đến nay nhiều công trình nghiên cứu về quá trình kị khí đã được phát triển để xử lý nước thải có nồng độ hữu cơ cao. Bể tự hoại (Septic Tank) Hố xí tự hoại là kiểu lên men kị khí lâu đời nhất, bể tự hoại vừa để lắng sơ bộ vừa để lên men cặn. Khi nước chảy qua bể với tốc độ chậm thì cặn lắng xuống đáy và bắt đầu lên men kị khí phân huỷ các chất hữu cơ. Các bọt khí tạo ra lại nổi lên mặt nước kéo theo ít cặn lơ lửng lên tới mặt nước và khi bọt vỡ ra thì cặn lại bắt đầu lắng xuống. Kết quả tạo thành một màng dày ở mặt nước do nhiều hạt cặn bám theo bọt nước nổi lên (Hình 7 a). Quá trình lắng và lên men cặn cùng diễn ra trong một ngăn bể cho nên hiệu quả lắng và hiệu quả lên men đều thấp. Quá trình lên men như vậy thường không lên men đến cùng mà thường chỉ dừng lại ở giai đoạn lên men acid. Vi khuẩn và các sản sẩm trao đổi chất đều có thể trôi trong nước. Thời gian lưu bể thường từ 2 – 4 ngày và thời gian lưu cặn từ 6 tháng đến 1 năm. Bể lắng 2 vỏ và bể lắng trong kết hợp lên men (Imhoff Tank) biogas Ra a b biogas Ra Vào Bùn Lắng Vào lắng Bùn Phân huỷ Đặc điềm của những loại bể này thường là ngăn lắng cách ly với ngăn lên men (hình 7 b). Nước thải đi qua ngăn lắng và cặn lơ lửng lắng xuống qua khe hở sẽ lên men ở ngăn dưới. Vì hai ngăn được tách riêng cho nên khắc phục được các nhược điểm xảy ra với bể tự hoại. Ơû ngăn lên men kị khí đều tồn tại vi khuẩn tạo acid và tạo metan. Khí tạo ra được thoát qua bề mặt tự do giữa máng lắng và tường bể. Do vậy sự phát triển của vi khuẩn trong bể lắng 2 vỏ tốt hơn. Sản phẩm của vi khuẩn tạo acid còn lưu lại lâu trong cặn ở ngăn lên men đủ để vi khuẩn tạo metan phát triển. Do đó lượng khí metan tạo ra cũng đáng kể. Thời gian nước lưu lại ở ngăn lắng khoảng 1,5 giờ như ở những loại bể lắng khác. Thời gian cặn lên men trong bể từ 6 – 12 tháng. Cặn sau khi lên men có chất lượng tốt và dễ khử nước ở sân phơi bùn. Hình 7: a - bể tự hoại, b – bể lên men sinh metan hai vỏ Bể xử lý kị khí Nhiều năm trước đây kiểu xử lý nước thải kị khí thông thường (common anaerobic suspended – growth proccess) là quá trình phân huỷ kị khí đảo trộn hoàn toàn. Quá trình phân huỷ kị khí đảo trộn hoàn toàn rất quan trọng trong việc xử lý các chất thải đặc biệt là nước thải có độ ô nhiễm cao. Ngày nay người ta quan tâm nhiều đến hệ thống xử lý UASB, đặc biệt trong lĩnh vực xử lý nước thải công nghiệp thực phẩm. Trong quá trình xử lý kị khí UASB, nước thải được đưa vào đáy bể phản ứng. Nước thải chảy qua một lớp đệm bùn sinh học. Khi nước thải tiếp xúc với lớp bùn sinh học sẽ diễn ra quá trình phân giải. Khí tạo thành trong điều kiện kị khí (chủ yếu là metan và cacbondioxit) gây ra hiện tượng tuần hoàn. Điều đó lại giúp cho sự hình thành và duy trì đệm bùn sinh học nói trên. Khí tự do được hút vào vòm thu khí được đặt ở đỉnh của bể phản ứng. Nước thải đã được xử lý cùng với một phần bùn dâng tràn sang một khoang lắng, ở đó các chất rắn lắng xuống tạo thành bùn và nước trong được tách ở trên. Phần bùn lắng được dẫn quay trở lại hệ thống đệm bùn. Bể giữ đệm bùn trong một hệ thống treo, vận tốc của dòng chảy ngược lên khoảng 0,6 – 0,9 m/h. Xử lý bằng phương pháp này không những thu được nước đạt tiêu chuẩn thải ra thuỷ vực mà còn thu được lượng khí sinh học giàu metan làm chất đốt hoặc nguyên liệu. Gần đây trên cơ sở phương pháp UASB đã cải tiến thành phương pháp UAFP (Unflow Anaerobic Filter Proccess) – phương pháp lọc kị khí chảy ngược. Khác UASB, UAFP sử dụng các giá thể nhân tạo dạng hạt hoặc bản giá thể có bề mặt tiếp xúc lớn để vi khuẩn kị khí bám dính với mật độ cao. Nhờ đó mà các tháp kiểu mới đạt được hiệu quả cao hơn nhiều so với tháp xử lý thông thường. 3.2.5 Xử lý nước thải bằng ao hồ Xử lý nước thải bằng ao hồ sinh học là phương pháp xử lý truyền thống có công nghệ thấp và giá thành rẻ nhưng lại là phương pháp xử lý có nhiều hiệu suất cao. Quá trình xử lý diễn ra giống như các quá trình trong tự nhiên, tuy nhiên phương pháp này đòi hỏi thời gian xử lý dài và diện tích đất sử dụng lớn. Có 3 kiểu ao hồ sinh học chính và chúng thường sắp xếp theo trình tự các loại ao hồ có khả năng xử lý nước thải theo những yêu cầu tiêu chuẩn chất lượng nước ra. Ao kị khí Sâu 2 – 5m nó tiếp nhận nước thải thô có độ nhiễm bẩn cao, tải trọng BOD5 cao (100 – 400kg/m3/ngày) không có oxy hoà tan, chất huyền phù lắng xuống đáy bể và ở đó diễn ra quá trình phân huỷ kị khí ở nhiệt độ cao hơn 15°C. Ao kị khí tuỳ tiện (Facultative Ponds) Sâu 1 – 2m tiếp nhận nước thải thô (ao kị khí bắt buộc sơ cấp) hay nước thải đã lắng (ao kị khí tuỳ tiện thứ cấp). Lớp nước trên là vùng hiếu khí, lớp nước dưới là vùng kị khí – nơi xảy ra quá trình xử lý kị khí. Sự có mặt của tảo và khả năng quang hợp tạo oxy làm cho môi trường diễn ra quá trình phân huỷ kị khí và hiếu khí giữa đêm và ngày. Ao xử lý bổ sung Sâu 1 – 2m tiếp nhận nước đầu ra của bể kị khí tuỳ tiện để tiếp tục xử lý các loại VSV gây bệnh và các chất dinh dưỡng tới mức độ cho phép nhờ thực vật nổi là chủ yếu để điều chỉnh chất lượng nước đầu ra cuối cùng. Như vậy, có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải khác nhau có thể áp dụng để xử lý nước thải chế biến thực phẩm. Tuỳ thuộc vào quy mô, thành phần và tính chất của nước thải nhiễm bẩn hữu cơ cần xử lý cũng như điều kiện cơ sở hạ tầng kỹ thuật, yêu cầu của nơi tiếp nhận nguồn xả và khả năng kinh phí cho phép mà người ta lựa chọn phương pháp xử lý sinh học nào cho phù hợp. CHƯƠNG 4 NGHIÊN CỨU MÔ HÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG BẰNG BÙN HOẠT TÍNH LƠ LỬNG 4.1 Vai Trò Của VSV Trong Quá Trình Làm Sạch Nước Thải Ô Nhiễm Bẩn Hữu Cơ Bằng Phương Pháp Bùn Hoạt Tính 4.1.1 Thành phần vi sinh vật trong bùn hoạt tính Bùn hoạt tính là dạng huyền phù của các vi sinh vật trong nước thải dưới dạng các búi nhỏ màu nâu thẫm, có kích thước từ vài chục đến vài trăm micromet. Bùn hoạt tính gồm các vi sinh vật có thành phần như vi khuẩn, nấm mốc, nấm men, xạ khuẩn, các nguyên sinh động vật (protozoa), các loài giả túc... liên kết với nhau bởi các chất nhầy có thành phần là polyme ngoại bào, bởi các tương tác hoá học với các cation hoá trị 2 như Ca2+. Các vi khuẩn tự do protozoa và các động vật cao hơn sống xen kẽ trong các lớp nước giữa các bông bùn. Khi quan sát dưới kính hiển vi thì nhận thấy nó bao gồm 70% là cơ thể sinh vật sống và khoảng 30% là các chất vô cơ. Cơ thể sinh vật sống cùng với các chất vô cơ quện lại với nhau tạo thành dạng keo tụ – một quần thể sinh vật được bao bọc bởi một màng nhầy xung quanh. Thông thường các vi sinh vật trong bùn hoạt tính được tích tụ và phát triển thành những vi sinh vật có sẵn trong nguồn nước thải hay được du nhập từ đất và không khí xung quanh hệ thống xử lý. Quá trình chọn lọc tự nhiên diễn ra khá phức tạp và cần nhiều thời gian mới có thể tạo ra một quần thể vi sinh vật bùn hoạt tính thích hợp. Quá trình này có thể được tóm tắt trên hình 8. Theo Bukov (1987) và một số tác giả khác thì trong bùn hoạt tính có rất nhiều vi sinh vật khác như: Arthrobavter, Bacterium, corynebacterium, Desulfotomacullum, Jlavobacterium, Micrococcus, Mycobacterium, Nocadia, Pseudomonas, Sacinar, Steptomyces, Zoogloea, hai vi khuẩn chuyển hoá amôn là Nitrosomonas và Nitrobacter. Vai trò của chúng được tóm tắt trong bảng 5. Trong đó số lượng nhiều nhất là các loài thuộc chi Pseudomonas. Chúng oxy hoá rượu, axit béo, paraphin. VSV của bùn hoạt tính Chết VSV có thể có trong bùn hoạt tính Hiếu khí? Chết Khả năng sử dụng tiền cơ chất Khả năng sử dụng cơ chất bậc 2 Khả năng lắng hay tạo bông? Bị rửa trôi Tồn tại ở nhiệt độ? Chết bởi nóng, lạnh Tốc độ phát triển cao? Bị rửa trôi Khả năng sống lơ lửng tự do? Chết Không Không Không Có Không Không Không Không Hình 8: sơ đồ chọn lọc vi sinh vật trong vùng hoạt tính Hydrocacbon thơm và các hợp chất khác. Một nhóm khác cũng tiêu biểu trong bùn hoạt tính là chi Bacterium (trên 30 loài). Chúng thực hiện quá trình phân huỷ dầu, paraphin, naften, phenol, anhydrit và các axit béo. Các loài của chi Bacterium, có thể oxy hoá các hydrocacbon mạch thẳng. Bảng 5 : Các vi khuẩn thường gặp trong bùn hoạt tính Các vi khuẩn Chức năng trong bùn hoạt tính Pseudomonas Loại cacbonhydrat và khử nitrat Arthrobacter Loại cacbonhydrat Bacillus Phân huỷ protein và khử nitrat Cytophaga Phân huỷ các chất polyme Zoogloea Hình thành chất keo tụ Acinetobacter Tích luỹ polyphotphat Nitrosomonas Nitrat hoá Nitrobacter Nitrat hoá Các loài thuộc chi Pseudomonas trong thực tế oxy hoá các chất mạnh hơn các chi khác trong điều kiện hiếu khí. Một số vi khuẩn khác thường thấy trong bùn hoạt tính của các hệ xử lý nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí. Tuy vậy, việc nhận thức chức năng của các chi này trong nước thải còn nhiều hạn chế. Các loài nấm mốc và nấm men cũng thường có mặt trong bùn hoạt tính trong điều kiện có lượng đường hoặc các chất hữu cơ cao và pH thấp. Một yếu tố khá quan trọng trong quá trình làm sạch nước thải là sự có mặt của các loài động vật nguyên sinh (protozoa) có trong bùn hoạt tính. Chúng không những tham gia vào việc sử dụng các chất hữu cơ mà còn điều chỉnh thành phần loài và tuổi của vi sinh vật trong bùn hoạt tính. Do có thành phần vi sinh vật phong phú nên bùn hoạt tính có thể oxy hoá đồng thời nhiều hợp chất cacbon hữu cơ khác nhau ở dạng hoà tan hay lơ lửng (kể cả các chất rắn) thành các chất khí bay lên, nước và sinh khối vi sinh vật. Nếu sinh khối chưa được tách ra khỏi nước thì quá trình xử lý nước thải chưa hoàn thành bởi chính sinh khối là chất hữu cơ và sẽ đóng vai trò ô nhiễm thứ cấp. Sự oxy hoá và làm sạch các chất ô nhiễm trong nước thải bởi các vi sinh vật trong bùn hoạt tính. Phương pháp xử lý bùn hoạt tính hiếu khí dựa trên hoạt động trao đổi chất của các vi sinh vật hiếu khí. Những vi sinh vật này có thể thực hiện quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ bằng cách oxy hoá có sự tham gia của oxy phân tử. VSV Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + NH4 + sinh khối VSV Trong phương pháp hiếu khí, NH4 cũng được chuyển hoá bằng quá trình oxy hoá thành NO2 và NO3 nhờ các vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter (quá trình Nitrat hoá). NH4+ + 1,5 O2 NO2 +2H+ + H2O + 275 KJ Đó là các vi khuẩn tự dưỡng hoá năng, để khử được CO2 chúng cần năng lượng (ATP) và lực khử sinh ra qua quá trình oxy hoá các chất vô cơ (NH4+, NO2-, H2S, H2, Fe2+). Đóng vai trò hàng đầu tích tụ photpho là các vi khuẩn thuộc chi Acinetobacter. Chúng là các trực khuẩn hiếu khí Gram âm. NO2 + 0,5 O2 NO3 + 75 KJ Sự sinh trưởng và phát triển của cả quần thể vi sinh vật trong hệ thống xử lý nước thải hiếu khí đã hấp thụ phần lớn các hợp chất C, N và P. Đó chính là một phần của quá trình làm sạch các thành phần ô nhiễm trong nước. Sự khử nitrat dị hoá trong quá trình xử lý nước thải thiếu khí Trong điều kiện thiếu oxy phân tử hoà tan một số vi sinh vật có khả năng lấy oxy liên kết trong nitrat hay sulfat nhờ khả năng khử của chúng. Khi sự khử nitrat dị hoá xảy ra, nitơ phân tử được tạo thành và giải phóng vào không khí như sau: VSV 2NO3- + 2H+ + 10{H} N2 + 6H2O Quá trình khử nitrat dị hoá có nhiều loại vi sinh vật tham gia như: Pseudomonas, Bacillus, Alcaligenes, Acinettobacter, Hyphonmicrobium, Thiobaccillus... sự có mặt của các vi sinh vật này trong quá trình bùn hoạt tính thiếu khí đóng vai trò quyết định đến hiệu quả khử nitrat thành nitơ phân tử. Sự trương nở bùn (blking sludge) bởi các vi sinh vật dạng sợi “Bulking sludge” là một thuật ngữ chỉ hiện tượng phát triển mạnh của các vi sinh vật dạng sợi trong bùn hoạt tính làm cho bùn hoạt tính trở nên khó lắng. Sự có mặt nhiều các vi sinh vật dạng sợi làm cho các bông bùn sinh học mất khả năng tạo túi. Các vi sinh vật dạng sợi là một thành phần tự nhiên trong quần thể vi sinh vật của bùn hoạt tính. Chúng bao gồm một loạt các vi khuẩn sợi, xạ khuẩn và nấm sợi (Actinomycetes, Beggigtoa, Cyanophyceae, Flexibacter, Halicomenobacter hydrossis, Leucothix, Microthix parvicella, Nostocoidalimicola, Fungi, Sphaerotilus natans, streptococcus, Thiothrix). Đến nay người ta đã biết có khoảng trên 30 loài vi sinh vật dạng sợi, trong đó chủ yếu là vi khuẩn. Hầu hết các chủng vẫn chưa có tên mà được ký hiệu bằng số và các đặc điểm của chúng vẫn chưa được hiểu biết một cách rõ ràng. Khi bùn hoạt tính trương nở, chỉ số SVI tăng cao hơn 150mg/l, có khi cao tới 400 – 600mg/l. Các bông bùn mất khả năng lắng nên bị trôi theo dòng ra từ bể lắng. Biểu hiện phổ biến của sự trương nở bùn là sự tạo bè mảng vào tạo bọt. Đây là hiện tượng hay gặp nhất và gây khó khăn không nhỏ trong quá trình vận hành các hệ thống xử lý nước thải. Bên cạnh đó còn do các nguyên nhân khác như độ tuổi của bùn, tải trọng BOD đầu vào, hàm lượng oxy hoà tan trong nước, tỷ lệ các thành phần dinh dưỡng (C, N, P) cũng như do sự thiếu vắng của các vi khuẩn tạo kết lắng. Để khắc phục hiện tượng này nhiều nhà nghiên cứu công nghệ cho rằng cần phải khử trùng toàn bộ bể bùn hoạt tính để khởi động lại, thay đổi độ tuổi của bùn, bổ sung các vi khuẩn tạo kết lắng của bùn và cân bằng trở lại hệ vi sinh trong bùn hoạt tính, tăng cường sục khí. Sự kết bông lắng của bùn hoạt tính và chỉ số thể tích bùn (SVI) Nước thải sau một thời gian được sục khí liên tục sẽ xuất hiện các búi sinh khối. Chúng dễ dàng lắng tách khỏi nước ngay sau khi để lắng. Các chất ô nhiễm sau quá trình này sẽ giảm đi và phần bùn lắng có thể được xử dụng để xử lý cho các mẻ nước thải mới. Sau một thời gian lượng bùn lắng sẽ tăng lên và giảm thời gian xử lý. Quá trình bùn hoạt tính dựa trên nguyên tắc này đã được áp dụng từ cuối thế kỷ 19. Trong quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp bùn hoạt tính, sự kết bông của bùn hoạt tính đóng vai trò rất quan trọng. Có thể nói đặc tính kết lắng của bùn hoạt tính nhiều khi quan trọng hơn cả đặc tính phân huỷ cơ chất. Đặc tính kết lắng của bùn được hình thành chủ yếu bởi 2 nhóm vi sinh vật chính là các vi khuẩn tạo bông lắng và vi khuẩn tạo nhớt. Các vi sinh vật làm sạch nước thải không chỉ đơn thuần bằng việc phân hủy các chất hữu cơ nhanh chóng mà còn tạo bông và gắn kết các chất keo, các huyền phù vào trong những cuộn bông rồi lắng xuống khi được để lắng. Sự bám dính của các vi sinh vật với nhau thường làm tăng kích thước của hạt và nhờ việc hợp nhất hạt nhỏ đã xuất hiện các hạt lớn dễ lắng. Những nghiên cứu mới đây chỉ ra rằng nhiều vi khuẩn tạo thành các tiên mao hay pili đã gây ra sự kết đám của các hạt cực nhỏ. Các vi khuẩn này gắn các hạt phù du bằng tiên mao của mình và có thể liên kết nhiều hạt với nhau. Nghiên cứu bản chất hiện tượng tạo bông lắng của vi sinh vật trong bùn hoạt tính được nhiều nhà khoa học quan tâm trong những năm gần đây. Chỉ số SVI là chỉ số thể tích của bùn hoạt tính và được biểu thị bằng thể tích bùn hoạt tính (tính bằng ml) thu được sau khi lắng 30 phút hỗn dịch bùn hoạt tính trong bể aerotank tương đương cho 1 gram bùn khô. Bùn hoạt tính có khả năng lắng tốt thường có giá trị SVI trong khoảng 50 – 100mg/l. Bùn hoạt tính bị trương nở và khó lắng khi SVI lớn hơn 150mg/l. Tăng cường sinh học trong xử lý nước thải Hiện nay phương pháp bùn hoạt tính xử lý nước thải đang được áp dụng phổ biến ở nhiều nước tiên tiến. Tuy nhiên trong quá trình xử lý thường gặp phải các hiện tượng như bùn hoạt tính bị trương nở, kén kết lắng, hiện tượng tạo bọt, hiện tượng tạo bè mảng... làm cho chất lượng nước đầu ra chưa đạt yêu cầu. Nguyên nhân của các hiện tượng này đã được nhiều tác giả chỉ ra là: ảnh hưởng của các thành phần ô nhiễm độc hại (phenol, kim loại nặng...), pH, nồng độ oxy hoà tan, tỷ lệ các thành phần dinh dưỡng (cacbon, nitơ, phot pho...), thời gian lưu của nước, thời gian lưu của bùn... Để khắc phục hiện tượng này, bên cạnh việc nâng cao các biện pháp cơ, lý, hoá học nhất thiết phải áp dụng đồng thời các biện pháp tăng cường sinh học để duy trì và nâng cao hiệu quả xử lý