Luận văn Đánh giá ảnh hưởng của pH và tải trọng đến tính chất lắng của bùn hoạt tính

ượng nhỏ các chất dinh dưỡng. Và như vậy, nồng độ các chất này trong bể sục khí sẽ cao hơn. Bảng 2.5 Giá trị dinh dưỡng cần thiết để khử BOD (g/kg BOD) Dinh dưỡng Số lượng cần thiết (g) N 50 P 10 Fe 12 Ca 6.2 K 4.5 Mg 2.0 Mo 0.43 Zn 0.16 Cu 0.15 Co 0.13 N a 0.05 (Theo Activated Sludge Bulking and Foaming Control, bảng 5.3 trang 242) CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 18  2.2.9. Tỉ số F/M (Tỉ số thức ăn trên sinh khối) Thông thường, xử lý nước thải đô thị với quá trình bùn hoạt tính có: SRT = 5 - 7 ngày, F/M = 0,3 - 0,5 gBOD/gVSS.ngày 2.2.10. Lượng bùn tuần hoàn Mục đích của tuần hoàn bùn là duy trì đủ nồng độ bùn hoạt tính trong bể làm thoáng. Lưu lượng tuần hoàn bùn khoảng 50 - 70% của lưu lượng nước thải trung bình. N ồng độ bùn tuần hoàn từ bể lắng khoảng từ 4000 - 12000 mg/l. 2.2.11. Thời gian lưu bùn SRT là yếu tố quan trọng trong quá trình bùn hoạt tính, vì nó ảnh hưởng đến quá trình xử lý, thể tích bể, lượng bùn sinh ra, nhu cầu oxy. Thời gian lưu bùn được xác định bằng việc tách bùn thải bỏ trong bể làm thoáng hằng ngày. Đối với hệ thống khử BOD, SRT có thể dao động từ 3 - 5 ngày, phụ thuộc vào nhiệt độ của nước thải. Ở nhiệt độ 18 - 25ºC, với những hệ thống khử BOD và giảm quá trình nitrat hoá, SRT có thể chọn là 3 ngày. Để loại trừ nitrat hóa, một số quá trình bùn hoạt tính có SRT = 1 ngày, hay nhỏ hơn. Ở 10ºC, SRT = 3 - 5 ngày cho quá trình khử BOD. Bảng 2.6 Thời gian lưu bùn tiêu biểu cho quá trình bùn hoạt tính Mục đích SRT ( ngày) Loại bỏ BOD hoà tan trong nước thải đô thị 1 – 2 Chuyển hóa các phần tử hữu cơ trong nước thải đô thị 2 – 4 Tăng cường khả năng tạo bông của vi sinh để xử lý nước thải đô thị 1 – 3 Tăng cường khả năng tạo bông của vi sinh để xử lí nước thải công nghiệp 3 – 5 Khử nitrat hoá hoàn toàn 3 – 18 Khử photpho 2 – 4 Ổn định quá trình bùn hoạt tính 20 – 40 (Theo Waste Water Engineering-Metcalf & Eddy, bảng 8.6 trang 680) CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 19  2.3. NGUYÊN NHÂN VÀ HẬU QUẢ CỦA NHỮNG VẤN ĐỀ THƯỜNGGẶP KHI VẬN HÀNH BÙN HOẠT TÍNH 2.3.1. Bùn phát triển phân tán (Dispersed growth) Bùn phát triển phân tán khi vi khuNn không tạo bông bùn mà phát triển phân tán tự do dưới dạng những cá thể riêng biệt hay những cụm nhỏ có kích thước 10 – 20 µm. Tốc độ lắng trọng lực của những cá thể hay những cụm nhỏ này rất chậm và không xuất hiện vùng lắng trong bể lắng 2. Điều này làm ảnh hưởng đến quá trình bùn hoạt tính như sau: - Hiệu suất bể lắng 2 thấp, nước ra khỏi bể đục. - Lượng bùn tuần hoàn lại ít, tuổi bùn nhỏ. Có thể khái quát các nguyên nhân gây ra hiện tượng bùn phát triển phân tán như sau: - Trong nước thải có các thành phần hữu cơ khó phân hủy, tải trọng bùn lớn. - Quá trình quang hợp của các vi sinh vật cũng bị hạn chế bởi sự hiện diện của các chất độc hại, các hợp chất ức chế trong nước thải. Bùn phát triển phân tán không phải là vấn đề thường gặp trong xử lý thông thường hay khử dinh dưỡng bằng bùn hoạt tính, vì hiện tượng này thường thấy ở thời gian lưu bùn rất thấp, từ 1-3 ngày. N ó có thể xuất hiện ở giai đoạn đầu hoặc sau khi một lượng lớn vi sinh vật trôi ra khỏi hệ thống. N ước thải đô thị do thành phần có nhiều hợp chất cao phân tử, các chất keo, các chất rắn lơ lửng nên thường kết bông tốt hơn nước thải tổng hợp từ cống rãnh. Tại trung tâm nghiên cứu xử lý nước thải nổi tiếng Los Angeles Hyperion, người ta đã thử chuyển xử lý thông thường sang xử lý ở tải trọng cao bằng bùn hoạt tính với thời gian lưu bùn là 1,5 ngày. Kết quả cho thấy độ đục ở dòng ra vẫn không tăng. Tuy nhiên, chỉ số lắng của bùn lại tăng, SVI trong khoảng 150-210 mg/l. 2.3.2. Bùn không kết dính được (Pinpoint flocs) Hiện tượng ban đầu của trường hợp này rất giống hiện tượng bùn phát triển phân tán, nghĩa là nước ra ở bể lắng 2 bị đục và chứa nhiều bùn. Tuy nhiên, ta có thể phân biệt hai hiện tượng này khi quan sát bằng kính hiển vi. Khi bùn không kết dính được thì kích thước của bùn không lắng lớn hơn (khoảng 50 – 100 µm). Chúng là những hình cầu hỗn độn liên kết với nhau. Hiện tượng bùn không kết dính được là kết quả của sự phân hủy những bông bùn lớn. Trong thí nghiệm lắng bùn, bùn dạng này chia thành 2 phần, phần bùn lớn hơn lắng rất CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 20  nhanh, chỉ số thể tích bùn tính trên phần thể tích chiếm chỗ của phần bùn này khá thấp. N hưng phần nước phía trên thì bị đục vì một lượng sinh khối vẫn còn trong đó. N guyên nhân phân hủy bông bùn của hiện tượng bùn không kết dính được ngược lại với hiện tượng bùn phát triển phân tán. Tuổi bùn lớn là một trong những nguyên nhân gây ra hiện tượng bùn không kết dính được. Bông bùn liên tục kém tập trung chất nền bên ngoài làm cho các polysaccharidic ngoại bào như C và năng lượng phá hủy mạng polymer của bông bùn. 2.3.3. Bùn tạo khối do vi khuẩn dạng sợi (Filamentous bulking) Hiện tượng bùn tạo khối do vi khuNn dạng sợi có ảnh hưởng đến tính nén bùn hơn là tính lắng. Trong trường hợp này, vận tốc lắng vẫn nằm trong khoảng cho phép. Tuy nhiên, trong vài trường hợp nghiêm trọng, khi đó vùng lắng của bể lắng 2 chứa quá nhiều bùn nén kém thì bùn sẽ dễ dàng theo dòng chảy ra ngoài. Khi người vận hành thấy hiện tượng này thì khó có thể khắc phục được vì quá muộn. Đây chính là mục đích mà mỗi người kĩ sư cần quan tâm đạt đến trong quá trình vận hành bùn hoạt tính. Khi không có vi khuNn dạng sợi (hoặc là có nhưng rất ít), các bông bùn liên kết chặt với nhau và lượng nước giữa các bông bùn bị đNy ra ngoài. Vi khuNn dạng sợi cản trở quá trình nén và lắng của bùn bằng hai cách sau: • Một vài loại vi khuNn dạng sợi phát triển tốt hơn bên trong bông bùn.Vì có kích thước dài và cần thức ăn ở môi trường ngoài, chúng thường lòi một phần ra ngoài (vi khuNn dạng sợi nằm một phần trong bùn và một phần ngoài môi trường nước). Do đó, chúng tạo ra cấu trúc mở và nước dễ dàng len qua và chứa đầy bên trong bùn. Bùn lắng chứa rất nhiều nước nên khó nén nhưng bản thân các vi khuNn dạng sợi này không ngăn cản quá trình kết bông. • Hầu hết các vi khuNn dạng sợi quan sát được trong bùn nằm trong phần bùn nén tốt hơn là trong phần bùn nổi. Chúng thường nhô một phần ra ngoài để “bắt” các bông bùn nhỏ hơn đang lơ lửng trong nước. Chính vì thế chúng ngăn cản quá trình nén của các bông bùn đơn này. Vi khuNn dạng sợi cản trở quá trình lắng và nén của bùn theo cách này nhiều hơn. N hư vậy, bùn tạo khối do vi khuNn dạng sợi là một vấn đề điển hình của bùn nén kém gây ra những hậu quả sau đây: • Lượng bùn tuần hoàn ít CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 21  • Khó giữ lượng bùn cần thiết trong bể phản ứng • Khả năng tách nước của bùn kém gây khó khăn trong việc xử lý bùn Vi khuNn dạng sợi phát triển ở những điều kiện khác nhau. Một số loại vi khuNn dạng sợi như Beggiatoa và Thiothrix phát triển tốt ở môi trường có hydrosunfit và ít chất nền nói cách khác các vi khuNn này sống tốt ở nước thải bị lên men. Khi trong nước thải có nhiều chất béo bay hơi và có các gốc sunfua, Thiothrix phát triển mạnh. N goài gây ra hiện tượng bùn khối khó lắng trong quá trình bùn hoạt tính, Beggiatoa và Thiothrix còn gây nhiều vấn đề trong các hệ thống lọc sinh học, màng cố định. Hình 2.11 Bùn tạo khối do vi khuẩn dạng sợi Bảng 2.7 Các loài vi khuẩn dạng sợi thường gặp gây ra hiện tượng bùn tạo khối Nguyên nhân Dạng vi khuẩn DO thấp Sphaerotilus natans, Microthrix parvicella, Haliscomenobater hydrossis và loại 1701 F/M thấp M.parvicella, Nocardia spp., và các loại 0041, 0675, 1851, 0803. N ước thải bị thối rửa (axit hữu cơ cao) Thiothrix I, II, Beggiatoa spp., N. limicola II*, và các loại 021N , 0092*, 0914*, 0581*, 0961*, 0411 Thiếu dinh dưỡng Thiothrix I, II và loại 021N . N. limicola III pH thấp N ấm Dầu mỡ trong nước thải cao Nocardia spp., M. parvicella và loại 1863 ( Theo Waste water Engineering-Metcalf & Eddy, bảng 8-8 trang 697) i/ DO thấp CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 22  N ồng độ DO thấp là nguyên nhân thường gặp nhất gây ra hiện tượng bùn tạo khối. Thông thường, nồng độ DO thích hợp để duy trì cho quá trình bùn hoạt tính là 2 mg/l. Khi nồng độ DO thấp, vi khuNn trong bông bùn liên kết với nhau yếu làm cho bông bùn liên kết với nhau không chặt. ii/ Nước thải lên men N ước thải bị lên men biểu hiện ở mùi trứng thối (do khí H2S sinh ra) và thường có màu đen (do kết tủa sunfua sắt). Thành phần của nước thải lên men chứa nhiều gốc sunfua và các axit hữu cơ như: axit acetic, axit butyric….Đây là môi trường sống thuận lợi của vi khuNn dạng sợi. Khí hậu nóng Nm cũng dễ làm nước thải dễ lên men. N ồng độ sunfua > 1 - 2 mg/l, và nồng độ axit hữu cơ > 100 mg/l sẽ tạo điều kiện cho vi khuNn dạng sợi sinh trưởng. iii/ Lượng dinh dưỡng N hìn chung, tỉ lệ dinh dưỡng thích hợp BOD5:N :P là 100:5:1 cho quá trình khử BOD trong nước thải. Dấu hiệu của sự thiếu hụt dinh dưỡng là sự xuất hiện các loại bùn khó lắng, bùn sệt. Tối thiểu 1 mg/l tổng nitơ hữu cơ và 0.1 - 0.5 mg/l ortho – phot phat phải được bổ sung cho nước thải trong suốt quá trình xử lý. 2.3.4. Bùn tạo khối nhớt (vicous bulking) hay là sự phát triển của Zoogloeal (Zoogloeal growth) Hiện tượng bùn tạo khối nhớt được nói đến trong các tài liệu bắt đầu từ những năm 1950 nhưng chưa có những lời giải thích xác đáng cho hiện tượng này. N guyên nhân được tìm thấy là do có quá nhiều polymer sinh học ngoại bào có tính nhớt, sền sệt và đông như thạch bám chặt vào bùn hoạt tính. Vì polymer sinh học này là chất keo có khả năng hút nước làm cho bùn có khả năng giữ nước cao. Loại bùn có nước này sẽ có vận tốc lắng nhỏ và kém liên kết. Điều này dẫn đến những hậu quả như sau trong bể lắng 2: • Mất bùn • Bùn hồi lưu ít Vì polymer sinh học cũng là tác nhân hoạt động bề mặt tự nhiên. Khi bùn nhớt được làm thoáng quá mức thì hiện tượng tạo bọt có thể sẽ xảy ra. Trong suốt quá trình tạo bọt đó, phần lớn sinh khối sẽ bám vào đám bọt này và thoát ra ngoài bể aerotank. Phản ứng giữa các vi khuNn với các chất dinh dưỡng thiếu hụt trong nước thải hay là với những hợp chất độc hại đều tạo ra các polymer sinh học. Đây là một đặc tính của hầu hết các vi sinh vật tạo bọt. N hưng dưới những điều kiện bình thường (không có hợp chất độc hại, CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 23  dinh dưỡng phát triển cân bằng) thì lượng polymer sinh ra chỉ đủ để hình thành những bông bùn. Sự phát triển nhanh chóng không được mong đợi của Zoogloeal cũng làm cho bùn tạo khối nhớt. Sự phát triển này làm cho bùn kém liên kết và nổi lên. Zoogloeal phát triển mạnh sẽ tạo ra những đám bọt váng màu trắng lớn trên bề mặt của bể aerotank. Trong bể lắng 2, Zoogloeal phát triển trên thành bể dưới dạng những lớp bọt nhớt màu trắng hoặc trắng xám. Từ “Zoogloeal” được xuất phát từ tên của vi khuNn Zoogloea ramigera. Đây là một trong loài vi khuNn hình thành bông bùn đầu tiên được xác định là gây ra hiện tượng bùn tạo khối trong quá trình bùn hoạt tính. Sự phát triển của loài vi khuNn này đã ảnh hưởng đến những điều kiện vận hành bao gồm: tỉ số F/M cao hoặc thấp, SRT và HRT lớn, thiếu dinh dưỡng, xuất hiện cBOD dễ hòa tan. Zoogloea ramigera cũng như các loài vi khuNn tạo bông bùn khác là loài hiếu khí, có dạng hình que. Zoogloeal có 2 hình thức phát triển đó là hình ngón tay hay dạng hình cầu. Trong quá trình phát triển nhanh chóng của mình, những loài vi khuNn này tạo ra một lượng lớn polysaccharide ngoại bào có tính sệt. Polysaccharide này không hòa tan được trong nước thải, nhẹ hơn nước và có khả năng giữ nước. N ếu polysaccharide giữ lại những bọt khí thì hiện tượng tạo bọt sẽ xảy ra. Bọt điển hình của bùn nhớt nhớt có màu trắng lớn. Bảng 2.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến bùn khối nhớt Yếu tố Nguyên nhân Đặc điểm nước thải pH N hiệt độ N ước thải bị lên men Thành phần dinh dưỡng Điều kiện thiết kế Oxy bị giớn hạn Khuấy trộn không tốt Diện tích bể sục khí và bể lắng đợt hai nhỏ Lượng bùn tuần hoàn ít. Điều kiện vận hành Oxy hòa tan không đủ Dinh dưỡng thiếu F/M thấp BOD hòa tan không đủ (Theo Waste Water Engineering – Metcalf & Eddy, bảng 8-9 trang 697) Thường rất khó cải thiện hiện tượng bùn tạo khối do Zoogloeal. Theo Jenkins và cộng sự, bùn hoạt tính dạng này rất khó kiểm soát bằng polymer hoặc H2O2. Tuy nhiên, theo van CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 24  Leeuwen, sự phát triển của Zoogloeal có thể kiểm soát bằng cách sử dụng ozone với liều lượng là 1g O3/kg MLSS.ngày. 2.3.5. Bùn nổi (Rising sludge) N gười ta quan sát thấy hiện tượng bùn nổi ở bể lắng 2. Khi quan sát hiện tượng này trong ống đong bằng thủy tinh, người ta thấy được hai pha rõ rệt như sau: • Đầu tiên bùn lắng nhanh xuống dưới đáy và liên kết với nhau còn phần nước trong ở phía trên. • Sau một khoảng thời gian (nhiệt độ được nâng lên, ngay cả ít hơn 30 phút, là một yếu tố có thể gây nên những khác biệt khi đo SVI), một phần hay toàn bộ thể tích bùn lắng bắt đầu nổi lên bề mặt. Bản chất của hiện tượng này là quá trình khử nitrat nội bào tại lớp bùn lắng. N itơ bị giải phóng trong suốt quá trình này đồng thời kéo bùn lên trên mặt nước. Henze đã đánh giá tất cả những yếu tố có khả năng ảnh hưởng đến quá trình khử nitrat trong bể lắng 2 và đưa ra những kết luận sau: • Bùn nổi ở 20º C khi nồng độ nitrat (N O3 - N ) từ 6 – 8 mg/l • Thời gian lưu của lớp bùn lắng nhỏ hơn 1 giờ đủ để khí nitơ sinh ra làm cho bùn nổi lên Bảng 2.9 Các dấu hiệu nhận biết có quá trình khử nitrat Sự hiện diện của các khí N 2, N 2O, và CO2 Sự hiện diện của các bùn nổi tối màu Độ kiềm tăng pH tăng N ồng độ N O2- giảm N ồng độ N O3- giảm (Theo Setteability Problems and Loss of Solids in the Activated Sludge Process- Michael H. Gerardi, bảng 8.2 trang 65) 2.3.6. Bọt váng (Foam/Scum) Bọt được gây ra chủ yếu bởi hai loại vi khuNn: Norcardia spp, và Microthrix parvicella. Norcardia có cấu trúc dạng sợi ngắn, còn Microthrix parvicella có dạng sợi mỏng dài. Có 3 nguyên nhân chính gây nên sự xuất hiện của các vi khuNn này: CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 25  • Hàm lượng dầu mỡ trong nước thải cao. Hai loại vi khuNn này đều phát triển thuận lợi ở môi trường có hàm lượng dầu mỡ cao. N hững hệ thống xử lý không có bể tách dầu mỡ thường xuất hiện nhiều bùn dạng bọt. • Tuổi bùn lớn • Thiếu oxy hay nước thải hôi thối. Các bể sục khí nhiệt độ cao là môi trường sống thuận lợi của Norcardia trong khi M.parvicella lại sống trong môi trường nhiệt độ thấp. Không thể dùng hoá chất chống bọt để tiêu diệt các bọt váng này bởi sự gắn kết chặt của các vi khuNn trong bọt. Xử lý bằng clor phần nào có thể kiểm soát được bọt Norcardia nhưng đối với M.parvicella lại hiệu quả hơn. Điều này có thể giải thích như sau: Norcardia thường nằm trong đám bông bùn, sử dụng clor ở nồng độ cao để loại bỏ Norcardia có thể phá vỡ đám bông bùn. Liều lượng clor trong xử lý bọt Norcardia khoảng 50 mg/l là hiệu quả. Bọt gây ra bởi Norcardia thường có màu nâu, dày từ 0,5 – 1 m. Bảng 2.10 Các dạng vi khuẩn gây bọt váng thường gặp Vi khuẩn gây bọt Điều kiện phát triển Microthrix Parvicella F/M thấp N hiệt độ thấp Hàm lượng dầu mỡ, chất béo trong nước thải cao Norcardia Dầu mỡ cao N hiệt độ cao Loại 1863 DO thấp pH thấp Hàm lượng dầu mỡ cao CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 26  Hình 2.12 Bùn dạng bọt váng Nocardia Hiện tượng tạo bọt gây ra bởi vi khuNn dạng sợi cần phải phân biệt rõ ràng với sự nổi váng do có nhiều hợp chất hoạt động bề mặt như dầu mỡ trong nước thải. N guyên nhân gây ra hiện tượng bọt váng là do thay đổi ít nhất một trong các điều kiện vận hành sau: Bảng 2.11 Ảnh hưởng của sự thay đổi về sinh học, hóa học và lý học đến sự hình thành bọt/váng Điều kiện vận hành Sự thay đổi về sinh học, hóa học và lý học Nổi bọt/váng Vi khuNn dạng sợi Sinh học N ổi bọt Thiếu dinh dưỡng Sinh học N ổi bọt Tuổi bùn Sinh học N ổi bọt Sự phát triển của Zoogloeal Sinh học N ổi bọt Quá nhiểu chất hoạt động bề mặt Hóa học N ổi bọt Tăng tính kiềm Hóa học N ổi bọt Sự xuất hiện của các polymer cation Hóa học N ổi bọt Chất độc Hóa học N ổi váng Tích lũy chất béo, dầu mỡ Lý học N ổi bọt (Theo Settleability Problems and Loss of Solids in the Activated Sludge Process – Michael H.Geradi, bảng 20.1 trang 126) a. Bọt Bọt là một lớp chất rắn, ví dụ như lipids, có khả năng giữ khí. N hững khí bị giữ lại thường là CO2, N 2 và N O2. Khi đám bọt xẹp xuống thì trở thành váng. Khi miêu tả bọt, người CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 27  ta thường đề cập đến 2 tính chất là màu sắc và cấu trúc của bọt. 2 tính chất này được miêu tả như bảng sau: Bảng 2.12 Những dạng bọt chính trong bùn hoạt tính Nguyên nhân tạo bọt Màu sắc và cấu trúc Vi khuNn dạng sợi Màu nâu chocolate, nhớt Thiếu dinh dưỡng Màu trắng, lớn (tuổi bùn nhỏ) Màu xám, nhờn (tuổi bùn lớn) Tuổi bùn Màu trắng lớn, trắng nhỏ, xám nhỏ, nâu đen nhớt và nâu đen nhớt có tính sệt Sự phát triển của Zoogloeal Màu trắng, lớn Quá nhiều chất hoạt động bề mặt Màu trắng, lớn Tăng tính kiềm Màu trắng, lớn Sự xuất hiện của các polymer cation Màu trắng, lớn Tích lũy chất béo, dầu mỡ Màu nâu đen hoặc đen, nhớt (Theo Settleability Problems and Loss of Solids in the Activated Sludge Process – Michael H.Geradi, bảng 20.3 trang 126) Tùy theo từng loại bọt mà có những phương pháp kiểm soát khác nhau. Vì vậy, việc xác định từng loại bọt và nguyên nhân gây ra bọt khi thay đổi điều kiện vận hành là rất quan trọng. N ổi bọt do vi khuNn dạng sợi là một qui trình tổng hợp hóa lý và hóa sinh dẫn đến sự ổn định của hệ thống 3 pha khí-nước-vi khuNn. Sự ổn định của đám bọt là do: • Vi khuNn dạng sợi sản xuất ra lipid, lipopeptid, protein và carbohydrate là những tác nhân hoạt động bề mặt. • Màng tế bào bên ngoài của vi khuNn dạng sợi rất kị nước. N hững chất hoạt động bề mặt kết hợp với chất làm sạch tổng hợp trong nước thải làm cho những tế bào kị nước của vi khuNn dạng sợi có khả năng tạo bọt. Sự ổn định của lớp bọt là do sự ổn định của màng chất lỏng xung quanh bám dính vào những bọt khí. Tuy nhiên, khi màng chất lỏng này bốc hơi thì lớp bọt xẹp xuống không đáng kể. Cách duy nhất để phá vỡ sự ổn định của lớp bọt này là giảm sự tập trung những tế bào kị nước bằng cách pha loãng. Sự ổn định của bọt cũng có thể tăng lên khi trong nước thải có chứa những chất nền kị nước như dầu mỡ. CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 28  b. Váng Váng trong bể aerotank có màu nâu. Tùy theo thành phần hóa học của từng loại bọt có trong bể aerotank mà người ta chia váng thành 4 trường hợp như sau: • N ếu trong bể aerotank có bọt thì váng sẽ tràn từ bể aerotank sang bể lắng 2. • N ếu thành phần hóa học của bọt tương thích với váng thì váng sẽ hòa tan với bọt trong bể aerotank và làm cho bọt có màu sậm hơn. • N ếu thành phần hóa học của bọt không tương thích với váng thì váng sẽ nổi lên thành từng mảng màu nâu trên bề mặt của bọt. • N hững vi sinh vật trong bể aerotank sẽ làm tan váng. Váng xuất hiện trong bể aerotank cũng như trong bể lắng 2 là do có một lượng lớn vi sinh vật bị chết trong bể aerotank. N guyên nhân làm cho một lượng lớn vi sinh chết có thể là do những thay đổi về nhiệt độ nước thải hoặc là do độc tố trong nước thải. Khi vi sinh chết đi, chúng giải phóng các tế bào có chứa một lượng lớn axit béo. Các axit béo này kết hợp với các ion kim loại có trong nước thải như Ca2+, Mn2+ và tạo thành váng. N hư vậy, váng xuất hiện trong bể aerotank và bể lắng 2 là do lớp bọt xẹp xuống và do một lượng lớn vi sinh trong bể chết đi. Sự hình thành những lớp váng bọt ổn định trong bể aerotank gây ra những vấn đề vận hành như sau: • Bọt sinh ra liên tục trong quá trình thổi khí thoát ra khỏi bể aerotank làm mất thNm mỹ (có mùi khi nó bắt đầu phân hủy), gây nguy hiểm cho người vận hành (trượt chân vì bọt phủ nhiều) • Bọt từ bể aerotank qua bể lắng 2 làm tăng lượng chất rắng lơ lửng đồng thời tăng BOD5 trong dòng ra ở bể lắng 2. • N ếu bể aerotank được thiết kế không cho bọt trào ra ngoài thì lượng bọt sẽ mắc kẹt và chất đống lại trong một thời gian dài. Cuối cùng, khi thổi khí, có khoảng 30% lượng sinh khối mới sẽ bị bắt giữ lại trong đám bọt đó. N hư vậy, người vận hành sẽ không kiểm soát được thông số quan trọng là thời gian lưu nước của sinh khối vì khi lượng bùn bị giữ lại trong đám bọt thì thời gian lưu nước sẽ giảm đáng kể. • Giảm hiệu quả xử lý. CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 29  • Tăng giá thành vận hành. 2.4. LNCH SỬ VÀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM SOÁT QUÁ TRÌNH BÙN TẠO KHỐI VÀ TẠO BỌT 2.4.1. Bùn tạo khối Bùn hoạt tính lắng kém luôn là mối quan tâm hàng đầu đối với những nhà thiết kế và vận hành hệ thống xử lý. Tuy nhiên vấn đề này trước đây chưa được quan tâm đúng mức. Tomlinson đã nghiên cứu và rút ra kết luận rằng hiện tượng bùn tạo khối có liên quan đến điều kiện vận hành của các bể xử lý gián đoạn và liên tục. Thậm chí nguyên nhân do sự phát triển quá mức của các vi khuNn dạng sợi cũng đã được phát hiện từ lâu. Vào lúc đó vi khuNn dạng sợi lại được gọi là nấm của bùn hoạt tính (activated sludge fungi). N hờ các thành tựu của ngành vi trùng học mà từ những năm 1950 đến những năm 1980, các kỹ sư hoá và môi trường đã khám phá ra khoảng 30 loại vi khuNn dạng sợi có thể gây ra những trở ngại trong quá trình vận hành bùn hoạt tính. Cùng trong khoảng thời gian này, hiện tượng bùn tạo khối không phải do vi khuNn dạng sợi (non-filamentous bulking) cũng được biết đến nhưng nguyên nhân gây ra thì vẫn còn là Nn số. a. Kiểm soát hiện tượng bùn tạo khối và hình dạng các bể phản ứng Mối quan hệ giữa hình dạng các bể phản ứng và đặc tính lắng của bùn được thiết lập từ khá sớm. Dựa vào các nghiên cứu của Albertson và Tomlinson, vào những năm 1930, Donaldson đã chứng minh được rằng việc chia bể phản ứng thành các ngăn có tác dụng ngăn chặn hiện tượng bùn tạo khối nhưng các nghiên cứu này của ông lại không được công nhận. Vào thập kỷ 60, phát minh này được đưa ra nghiên cứu lại. Vào giữa thập kỷ 60, các nghiên cứu về gradient nồng độ chất nền để ngăn chặn sự phát triển của các vi khuNn dạng sợi trong bể bùn hoạt tính được tiến hành ỏ Hà Lan, Anh và Cộng Hoà Séc. N ăm 1965, Rensink, người Hà Lan đã chứng minh được rằng nếu các mương oxy hoá thay đổi chế độ nạp nước từ liên tục sang gián đoạn thì có thể giảm đáng kể chỉ số lắng bùn SVI do các vi khuNn Sphaerotilus sp không sinh sản và phát triển được. Với cùng mục đích trên, Trung Tâm N ghiên Cứu N ước Anh Quốc cũng làm hàng loạt nghiên cứu trong những năm 1960. Các kết quả đều nhất trí rằng gradient nồng độ chất nền càng cao, chỉ số SVI càng nhỏ. Tương tự như thế, Koller thuộc Viện Kỹ Thuật Hoá Học Prague ở Séc đã nhận thấy rằng ở cùng điều kiện tải trọng như nhau, SVI ở các hệ thống hoạt động gián đoạn thường CHƯƠN G 2. TỔN G QUAN   Page 30  dưới 70 ml/g trong khi ở các hệ thống hoạt động liên tục lại trên 280 ml/g. N guyên nhân do sự phát triển quá mức của các vi khuNn dạng sợi trong các bể khuấy trộn liên tục. Tuy nhiên vi khuNn dạng sợi quan sát thấy lại không đặc trưng. Tất cả các thí nghiệm đã chứng minh cho kết luận đúng đắn của Donaldson về việc phân hệ thống bùn hoạt tính thành ngăn. Vào năm 1972, Chudoba, Grau, và Dohanyos thuộc Viện Kỹ Thuật Hoá Học Prague đã được cấp bằng sáng chế cho hệ thống xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính với bể bùn hoạt tính chia thành nhiều ngăn. Bùn tuần hoàn được đưa vào ngăn đầu tiên để trộn chung với nước thải vào rồi đi lần lượt qua các ngăn. N găn đầu tiên này được gọi là selector. Tuy nhiên cách gọi này không chính xác mà nên gọi là vùng tiền khuấy trộn (premixing zone) hay vùng tiếp xúc trước tiên (initial contact zone). b. Kiểm soát quá trình bùn tạo khối dưới những điều kiện vận hành khác nhau Bùn hoạt tính có thể vận hành ở điều kiện hiếu khí, kị khí hay thiếu khí. Tuy nhiên cho mãi đến thập kỷ 70 hầu hết các hệ thống đều được vận hành ở chế độ hiếu khí bởi vì các nhà thiết kế và các kỹ sư vận hành đều e ngại rằng vận hành ở chế độ kị khí sẽ làm giảm hiệu quả xử lý nước thải. Mặc cho nỗi e ngại đó, Albertson, một kỹ sư người Mỹ đã đạt được bằng sáng chế vào đầu thập kỷ 50 khi ông kết hợp cả chế độ kị khí và hiếu khí trong quá trình vận hành bùn hoạt tính. Sự kết hợp táo bạo trên đã cho kết quả hơn cả mong đợi: bùn hoạt tính lắng tốt hơn. Các vi sinh vật kị khí không hề làm giảm mà ngược lại còn tăng cường đặc tính lắng của bùn. Một số thí nghiệm khác cũng cho thấy rằng điều kiện kị khí kiềm hãm sự phát triển của vi khuNn dạng sợi. Vào đầu thập kỷ 70 ở Hà Lan, nghiên cứu trên điều kiện thiếu khí ở các mương oxy hoá cũng cho kết quả tương tự. Trong điều kiện thiếu khí, quá trình khử nitrat (denitrification) sẽ xảy ra thay vì quá trình hô hấp khi có oxy. Bùn tuần hoàn với hàm lượng nitrat cao được trộn với nước thải đã được xử lý ở vùng tiền khuấy trộn. Kết quả của quá trình này là hàm lư