Luận văn Nghiên cứu mô hình lọc sinh học xử lý nước thải cơ sở sản xuất nước tương Lam Thuận - TP Hồ Chí Minh

ô bằng phương pháp xử lý sơ bộ. Có 2 phương pháp xử lý sinh học III.3.1 Phương pháp sinh học tự nhiên: là phương pháp dựa trên khả năng tự làm sạch của đất và nguồn nước III.3.1.1 Ao hồ sinh học Đây là phương pháp đơn giản nhưng hiệu quả xử lý khá cao nhờ tận dụng được quá trình tự làm sạch của tảo và vi khuẩn.Chi phí đầu tư thấp,vận hành đơn giản,hiệu quả nhưng yêu cầu diện tích phải lớn,khó điều khiển và thường có mùi xung quanh Có thể chia hồ sinh học ra làm 3 loại Hồ sinh học hiếu khí Hồ sinh học tùy tiện Hồ sinh học yếm khí III.3.1.1.1 Hồ sinh học hiếu khí Là loại hồ có độ sâu không lớn lắm khoảng 0.3 – 0.5m có quá trình xử lý tự nhiên chủ yếu dựa vào các vi sinh vật hiếu khí.Quá trình lấy oxi diễn ra khi sự quang hợp của tảo và sự khuếch tán oxi qua bề mặt của hồ.CO2 sinh ra sau quá trình xử lý sẽ được tảo hấp thụ.Để đạt hiệu quả xử lý tốt hơn có thể cung cấp oxi nhân tạo cho hồ sinh học bằng cách thổi khí. Có 2 cách để làm tối ưu hóa quá trình xử lý các chất bẩn có trong nước thải Cung cấp oxy một cách tối ưu cho vi khuẩn,hồ này có chiều sâu khoảng 1,5m Tối ưu hóa lượng tảo có trong hồ,chiều sâu thông thường 0,15 – 0,45m III.3.1.1.2Hồ sinh học tùy nghi là loại hồ thường gặp trong tự nhiên,trong hồ thường xảy ra 2 quá trình xử lý song song.Một là quá trình xử lý hiếu khí ở bề mặt của hồ và một là quá trình xử lý kỵ khí ở đáy hồ(chủ yếu là các cặn lắng). Người ta chia hồ sinh học tùy nghi ra làm 3 vùng Vùng bề mặt là nơi xử lý chính nơi có tảo và vi khuẩn cộng sinh Vùng giữa(trung gian) cũng xảy ra quá trình xử lý nhưng không mãnh liệt bằng vùng bề mặt nhờ các vi khuẩn tùy tiện Vùng đáy là nơi các chất hữu cơ lắng xuống và được các vi khuẩn kỵ khí xử lý Tải trọng thích hợp từ 70 – 140 kg BOD5/ha ngày III.3.1.1.3Hồ sinh học kỵ khí là loại hồ có độ sâu khá lớn các vi khuẩn không thể lấy oxi bề mặt trong không khí mà phải lấy oxi trong các hợp chất như Nitrat,Sunfat… để oxy hóa các chất hữu cơ.Hồ này áp dụng cho các hồ có nồng độ chất hữu cơ cao và cặn lơ lửng lớn đồng thời có thể kết hợp với bùn lắng.Chiều sâu có thể đến 9m.Tải trọng có thể 220- 560kgBOD5/ha ngày. Đánh giá: III.3.1.2 Cánh đồng tưới và bãi lọc Là phương pháp dựa vào khả năng giữ các cặn bẩn trong nước trên mặt đất ,nước thấm qua đất được xem như đi qua lớp vật liệu lọc nhờ có oxi trong các lỗ hổng và mao quản của lớp đất mặt,các vi sinh vật hiếu khí hoạt động phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn.Càng xuông sâu thì lượng oxi giảm dần,cuối cùng chỉ còn quá trình xử lý Nitrat.Quá trình oxi hóa chỉ xảy ra ở lớp đất mặt đến 1,5 m.Vì vậy các cánh đồng tưới và bãi lọc chỉ được xây dựng ở những nơi có mực nước thấp hơn 1,5 so với mặt đất. III.3.2 Phương pháp sinh học nhân tạo III.3.2.1 Phương pháp sinh học hiếu khí Quá trình xử lý sinh học hiếu khí thường xảy ra theo 3 giai đoạn Oxy hóa các chất hữu cơ CxHyOz + O2 enzyme CO2 + H2O Tổng hợp các tế bào mới CxHyOz + NH3 + O2 enzyme tế bào vi khuẩn + CO2 + H2O + C5H7NO2 Phân hủy nội bào : C5H7NO2 + 5O2 enzyme 5CO2 + 2H2O + NH3 Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra tự nhiên hoặc nhân tạo.Trong các công trình xử lý nhân tạo thì việc xử lý xảy ra nhanh hơn do tác động của con người Quá trình xử lý này có thể chia thành : Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sử dụng để khử các chất hữu cơ chứa Cacbon như bùn hoạt tính, hồ làm thoáng , bể phản ứng hoạt động gián đoạn , quá trình lên men phân hủy hiếu khí.Trong các quá trình trên thì quá trình bùn hoạt tính là phổ biến nhất Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng bám dính như quá trình bùn hoạt tính bám dính. III.3.2.1.1 Bể lọc sinh học là thiết bị trong đó nước thải được lọc qua lớp vật liệu bao phủ bởi lớp màng sinh vật,lớp màng này được hình thành do hoạt động sống của các vi sinh vật hiếu khí.Màng sinh học hiếu khí là một hệ vi sinh vật tùy tiện.Vi sinh vật trong màng sẽ oxi hóa các chất hữu cơ,sử dụng chúng làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng.Sau quá trình xử lý thì chất hữu cơ càng giảm dần đi đồng thời màng vi sinh tăng lên,đến một lúc nào đó thì màng vi sinh chết,nước cuốn trôi và đưa ra khỏi thiết bị lọc Màng sinh học có vai trò giống bùn hoạt tính là hấp thụ và phân giải các chất hữu cơ trong nước thải nhưng có tốc độ oxi hóa chậm hơn. Lớp màng nhầy được tạo nên từ khả năng xâm chiếm bề mặt vật rắn của những polymer ngoại bào.Việc phân hủy chất hữu cơ diễn ra trên bề mặt và ở trong lớp màng nhầy,lúc lớp màng nhầy còn nhỏ thì oxi và chất hữu cơ được vận chuyển tới bề mặt lớp màng dần dần bên trong lớp màng hình thành một lớp kị khí nằm phía dưới lớp hiếu khí.Khi hết chất hữu cơ thì các tế bào bị phân hủy,bong ra và bị nguồn nước cuốn trôi. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý trong thiết bị lọc sinh học là :Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải,tiết diện màng sinh học,thành phần vi sinh vật,diện tích,chiều cao,đặc tính của vật liệu lọc(kích thước,diện tích bề mặt tiếp xúc …),tải trọng,tính chất vật lý của nước thải. Thực chất quá trình oxi hóa các chất hữu cơ trong thiết bị lọc sinh học cũng tương tự như các quá trình diễn ra ở cánh đồng tưới,cánh đồng lọc.Nhưng thiết bị lọc sinh học có ưu điểm trong điều kiện nhân tạo nên dễ kiểm soát quá trình xử lý,tạo trạng thái cân bằng tốt nhất cho việc xử lý nước thải xảy ra nhanh hơn và hiệu quả hơn mà lại ít tốn diện tích. Các loại bể lọc sinh học : người ta thường chia ra làm 2 loại Bể lọc sinh học nhỏ giọt Bể dạng hình vuông, hình chữ nhật hoặc hình tròn trên mặt bằng , bể lọc sinh hoạc hoạt động theo nguyên tắc sau Nước thải sau khi đi qua bể lắng 1 được đưa về thiết bị phân phối theo chu kỳ tưới nước đều trên bề mặt bể lọc.Nước thải sau khi lọc chảy vào hệ thống thu nước và được dẫn ra khỏi bể.Oxy cấp cho bể chủ yếu qua hệ thống lỗ xung quanh thành bể Vật liệu lọc của bể sinh học nhỏ giọt thường là đá cuội đường kính trung bình từ 20mm – 30 mm.Tải trọng nước thải của bể thấp ( 0,5 – 1,5 m3/m3 vật liệu lọc/ngày.đêm).Chiều cao lớp vật liệu lọc là 1,5 – 2m.Hiệu quả xử lý nước thải theo tiêu chuẩn BOD đạt 90%.Dùng cho các trạm xử lý nước thải có công suất 1000m3/ngày.đêm. Bể lọc sinh học nhỏ giọtThường có 5 thành phần chính: môi trường lọc đệm,bể chứa,hệ thống cung cấp nước thải,cống thoát ngầm và hệ thống thông gió Môi trường lọc đệm cung cấp các vi sinh vật tăng trưởng cho vật liệu lọc như đá,gỗ,chất dẻo polymer … có đường kính 25- 100mm Bể lọc sinh học dùng để xử lý nước thải triệt để thường có hình chữ nhật hoặc hình trụ,kích thước hạt vật liệu lọc nhỏ hơn 25-30mm,tải trọng 0,5-1m3/m3 vật liệu lọc.ngày. Hình III.1 Vị trí bể lọc sinh học trong quy trình xử lý nước thải. Bể lọc sinh học cao tải: Có cấu tạo và cách quản lý khác với bể lọc sinh học nhỏ giọt,nước thải được tưới lên bề mặt nhờ hệ thống phân phối phản lực.Bể có tải trọng 10-20m3 nước thải /1m3 bề mặt bể/ngày,nếu nồng độ BOD quá lớn thì phải pha loãng bằng nước thải đã qua xử lý. Ưu điểm của bể lọc sinh học Khởi động nhanh :2 tuần Loại bỏ những chất hữu cơ phân hủy chậm Chịu được sự thay đổi nồng độ chất nhiễm Đa dạng thiết bị xử lý Hiệu quả cao với nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp Nhược điểm của bể lọc sinh học Không có khả năng điều khiển sinh khối Vật liệu làm giá thể phải có diện tích bề mặt riêng lớn Vận tốc nước chảy trên bề mặt phải lớn III.3.2.1.1 Bể hiếu khí có bùn hoạt tính (Aerotank) Là bể chứa hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính có sục khí liên tục để trộn đều và giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng trong nước thải đồng thời cung cấp oxi cho vi sinh vật tồn tại và phát triển để oxi hóa các chất hữu cơ. Bùn hoạt tính là những sinh vật sống kết lại thành hạt hoặc dạng bông với trung tâm là các chất nền rắn lơ lửng.Bùn hiếu khí có màu nâu,lắng nhanh.Trên màng sinh học có chứa hang tỷ tế bào vi khuẩn có công thức chung là C5H7O2N. Bùn hoạt tính có màu vàng nâu, kích thước 3 – 150 micromet .Bông gồm có các vi sinh vật và chất rắn (chiếm khoảng 40%) Màng vi sinh có độ dày khoảng 1 – 3 nm trên các hạt vật liệu lọc.Màu sắc của màng có thể biến đổi tùy theo môi trường nước thải có thể tối vàng hoặc xám tối. Sự có mặt của các vi sinh vật dị dưỡng với nhiều phương thức trao đổi chất khác nhau cũng sẽ làm cho bùn hoạt tính thích nghi với những loại nước thải khác nhau.Ngoài ra chúng là còn là các vi sinh vật kị khí có khả năng khử Nitrat do chúng có thể sử dụng Nito từ thành phần nước thải. Quá trình sinh học xảy ra theo 3 giai đoạn Giai đoạn 1: Giai đoạn bùn hình thành và phát triển Lúc bây giờ sinh khối bùn mới bắt đầu tăng lên ,chất hữu cơ rất nhiều,một thời gian sau bùn thích nghi và phát triển mạnh theo cấp số nhân,lượng oxi tiêu thụ tăng dần,tốc độ phân hủy chất hữu cơ tăng dần. Giai đoạn 2: Các vi sinh vật trong bùn hoạt tính phát triển ổn định,hoạt độ enzyme đạt tối đa và kéo dài,tốc độ phân hủy chất hữu cơ đạt tối đa,tốc độ tiêu thụ oxy dường như không thay đổi một thời gian khá dài Giai đoạn 3: Tốc độ oxy tiêu thụ giảm dàn và sau đó lại tăng lên,tốc độ phân hủy chất hữu cơ giảm dần,sau cùng nhu cầu tiêu thụ oxi lại giảm và quá trình làm việc của Aerotank kết thúc. Hình III.2 Bể Aerotank khuấy trộn hoàn toàn III.3.2.1.3 Bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng lơ lửng Trong bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng , quá trình phân hủy xảy ra trước khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục.Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ oxi và duy trì bùn hoạt tính ở dạng lơ lửng.Nồng độ oxi hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt 2 không nhỏ hơn 2mg/l.Tốc độ sử dụng oxi trong bể bùn hoạt tính phụ thuộc vào : Tỷ số giữa lượng thức ăn và lượng vi sinh vật : F/M Nhiệt độ Tốc độ sinh trưởng và hoạt độ sinh lý của vi sinh vật Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất Lượng các chất cấu tạo tế bào. Yêu cầu của công trình : SS < 150 mg/l pH = 6,5 – 8,5 nhiệt độ 60C< t0C<370C III.3.2.1.4 Bể hoạt động gián đoạn SBR Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải với bùn hoạt tính được hoạt động theo nguyên tắc làm đầy và xả cạn.Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục chỉ có điều tất cả xảy trong cùng một bể và được thực hiện lần lượt theo các bước. Làm đầy phản ứng lắng xả cạn ngưng III.3.2.1.5 Bể bùn hoat tính với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám Nguyên tắc hoạt động của bể này cũng tương tự như trường hợp vi sinh vật tăng trưởng dạng lơ lửng chỉ khác là vi sinh vật phát triển dính bám trên vật liệu tiếp xúc III.3.2.1.6 Đĩa sinh học Đĩa sinh học bao gồm nhiều đĩa tròn , phẳng được làm bằng polystyren hoặc polyvinylclorua lắp trên một trục.Các đĩa được đặt ngập một phần trong nước và quay chậm , trong quá trình quay vi sinh vật sinh trưởng phát triển trên bề mặt đĩa hình thành một lớp màng mỏng bám trên bề mặt đĩa.Khi đĩa quay , lớp màng sinh học sẽ tiếp xúc với chất hữu cơ trong nước thải và oxi trong không khí.Đĩa quay sẽ ảnh hưởng đến sự vận chuyển oxi và đảm bảo cho vi sinh vật hoạt động trong điều kiện hiếu khí. Hình III.3 Đĩa sinh học III.3.2.2 Quá trình xử lý sinh học kỵ khí Bể UASB Là quá trình sử dụng các vi sinh vật trong điều kiện thiếu oxi để chuyển các hợp chất hữu cơ có trong nước thải thành khí Metan và các hợp chất vô cơ dễ phân hủy.Thường được sử dụng để xử lý các loại nước thải của các nhà máy công nghiệp thực phẩm(ổn định cặn và nước có nồng độ BOD và COD cao) Quá trình này rất sinh hóa này diễn ra rất phức tạp tạo ra hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian.Tuy nhiên phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kỵ khí có thể biểu diễn đơn giản như sau Vi sinh vật Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới Quá trình phân hủy kỵ khí có thể chia ra làm 4 giai đoạn Giai đoạn 1 : thủy phân , cắt mạch các hợp chất cao phân tử Giai đoạn 2 : Acid hóa Giai đoạn 3 : Acetate Giai đoạn 4 : Methane hóa Các chất thải thường chứa nhiều chất hữu cơ cao phân tử nhử protein , chất béo , celluloses , lignin….Trong thủy phân sẽ được cắt thành các mạch nhỏ đơn giản, dễ phân hủy ví dụ như biến đường đa thành đường đơn , protein thành acid amin , chất béo thành các axit béo.Tiếp theo là giai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản chuyển hóa thành acid axetic , H2 ,CO2 . Bên cạnh đó CO2,H2,methanol , các rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrat.Vi sinh vật chuyển hóa methane chỉ có thể phân hủy một số loại hữu cơ nhất định như CO2, H2,formate ,acetate ,methanol,CO.Các quá trình phản ứng xảy ra như sau : 4H2 + CO2 CH4 + 2H2O 4HCOOH CH4 + 3CO2 + 2H2O CH3COOH CH4 + CO2 4CH3OH 3CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3 4(CH3)3N +H2O 9CH4 + 3CO2 + 6H2O + 4NH3 Tùy theo trạng thái của bùn có thể chia quá trình kỵ khí thành 2 loại Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như quá trình tiếp xúc kỵ khí.Quá trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên. Quá trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật tăng trưởng dạng dính bám như quá trình lọc kỵ khí. Quá trình tiếp xúc kỵ khí :quá trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùn tuần hoàn.Hỗn hợp bùn và nước thải trong bể được khuấy trộn hoàn toàn .Sau khi phân hủy hỗn hợp được đưa sang bể lắng hoặc tuyển nổi để tác riêng bùn và nước,bùn được tuần hoàn trở lại bể kỵ khí.Lượng bùn dư được loại bỏ nhưng với số lượng rất ít vì hoạt động sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm. Duy trì pH > 6,2 vì pH< 6,2 thì vi sinh vật chuyển hóa methane không hoạt động được. Bể UASB thường được chia làm 2 ngăn: ngăn lắng và ngăn lên men Trong bể xảy ra 2 quá trình :lọc trong nước thải qua tầng cặn lơ lửng và lên men lượng căn giữ lại.Khí ,bùn và nước thải tiếp xúc với nhau nhờ vậy mà nước thải đi từ dưới lên trên.Các bọt khí và hạt bùn có khí bám vào sẽ nổi lên sau đó vỡ ra,hạt bùn lại lắng xuống dưới.Để giữ cho lớp bùn ở trạng thái lơ lửng vận tốc dòng nước yêu cầu là 0,6-0,9m/h Quá trình chuyển hóa chất hữu cơ trong nước thải bằng vi sinh hiếu khí xảy ra theo 3 giai đoạn: Các vi sinh vật tự nhiên có trong nước thải sẽ phân hủy các chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản như monosaccharide,aminoacid để tạo ra nguồn thức ăn và năng lượng cho vi sinh vật hoạt động Nhóm vi khuẩn tạo men acid phân hủy các hợp chất hữu cơ đơn giản thành các acid hữu cơ (acid axetic) Nhóm vi khuẩn tạo khí metan chuyển hóa từ hydro và acid axetic sản phẩm là khí metan và cacbonic,nhóm vi khuẩn này tăng trưởng rất chậm và quá trình xử lý yếm khí chất thải khi khí metan và cacbonic thoát ra ngoài Ưu điểm Chi phí đầu tư,vận hành thấp Hóa chất ít Không đòi hỏi phải cung cấp khí nên ít tốn năng lượng Bùn sinh ra ít nên giảm được diện tích Khuyết điểm Giai đoạn khởi công dài Không chịu được sự thay đổi tải lượng Phải sử dụng thường xuyên hệ thống(nếu ngừng sẽ khó phục hồi) Tóm lai các phương pháp xử lý trên có thể chia làm 2 nhóm: Nhóm phương pháp phục hồi và Nhóm phương pháp phân hủy Các phương pháp hóa lý được sử dụng để thu hồi các chất có thể tái sử dụng lại nên chúng thuộc phương pháp phục hồi.Các phương pháp sinh học và phương pháp kết hợp của hóa lý và sinh học thuộc nhóm phương pháp phân hủy vì chúng thực hiện các phản ứng oxi hóa (có phản ứng khử nhưng không nhiều) các chất thải rồi thải ra dưới dạng khí, cặn lắng hoặc còn lại trong nước nhưng không độc. Những phương pháp phục hồi và kết hợp thường chỉ dùng để xử lý các loại nước thải đậm đặc riêng biệt.Còn đối với các loại nước loãng với khối lượng nhiều thì dùng phương pháp đó không hợp lý. Nước thải công nghiệp sau khi xử lý bằng phương pháp sinh hóa nhưng trước đó phải qua xử lý sơ bộ bằng phương pháp cơ học.Khi xử lý nước thải sản xuất sẽ tạo ra một lượng lớn các chất vô cơ và cặn hữu cơ những loại cặn này được tái sử dụng để làm vật liệu lọc (cặn của công nghiệp luyện kim) hoặc sử dụng làm phân bón ruộng (cặn hữu cơ ) hoặc dùng làm nhiên liệu đốt lò nhất là cặn chứa các chất dầu hoặc dung môi hữu cơ. Tùy theo thành phần và tính chất cặn mà chọn phương pháp xử lý và chế biến thích hợp.Độ ẩm và khả năng nhả nước của cặn là những yếu tố quan trọng nhất vì nó quyết định các chỉ tiêu kinh tế của từng phương pháp xử lý. Xử lý nước thải ở mức độ cao được ứng dụng trong các trường hợp yêu cầu giảm bớt nồng độ bẩn ( SS , BOD , COD , N ,P ..) xử lý sinh học trước khi xả vào nguồn.Cần lưu ý rằng nước thải sau khi xử lý ở mức độ cao có thể ứng dụng lại trong các quá trình công nghệ của nhà máy và do đó giảm được lượng nước thải vào nguồn , giảm được nhu cầu sản xuất. Để loại bỏ các chất rắn lơ lửng thường sử dụng các bể lọc cấu trúc khác nhau , tuyển nổi dạng bọt. Để loại bỏ các chất khó oxi hóa thì dùng phương pháp keo tụ và hấp phụ Để loại bỏ Nito và các muối amoni thì sử dụng các phương pháp hóa lý ( trao đổi ion , hấp phụ bằng than hoạt tính …) hoặc bằng phương pháp sinh học ( Quá trình Nitrat hóa và khử Nitrat…) Để loại bỏ Photpho thì dùng các phương pháp hóa học như vôi , Sunfat nhôm, sunfat sắt… Cô đặc các dung dịch dùng để thu hồi các sản phẩm ( như trong công nghiệp chế biến hóa chất ) hoặc để giảm dung tích nước bẩn ( như trong công nghiệp điện tử ) Đốt cháy để khử các chất độc hữu cơ ở nhiệt độ 3000C và 100at. Khi xử lý nước thải điều quan trọng là phải tính đến hiệu quả kinh tế, việc xây dựng và quản lý cũng rất quan trọng. Chương IV : VI SINH VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI IV.1 Khái niệm Vi sinh vật là những tổ chức nhỏ bé không thấy được bằng mắt thường mà phải quan sát dưới kính hiển vi,chúng có hình thái rất đa dạng phong phú như hình que,hình cầu,dấu phẩy… Vi sinh vật có thể là đa bào,đơn bào,thực bào hoặc một nhóm tế bào.Tuy chúng nhỏ bé nhưng số lượng rất đông đảo và có vai trò quan trọng trong đời sống,một trong những vai trò quan trọng đó là xử lý nước thải Vi sinh vật có vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa sinh hóa,có tác dụng làm giảm lượng chất hữu cơ trong nước thải và nồng độ chất hữu cơ trong dòng chảy.Tùy vào tính chất của nước thải,điều kiện môi trường,cách thức vận hành hệ thống mà sẽ có những vi sinh vật phù hợp cho việc xử lý.Ví dụ nếu hệ thống xử lý hiếu khí thì phải cung cấp đủ oxi,các chất hữu cơ,PH… Hấp thu nhiều,chuyển hóa nhanh 1 vi khuẩn lactic trong 1 giờ có thể phân giải được 1 lượng đường lactose lớn hơn 100-10.000 lần so với khối lượng của chúng.Tốc độ tổng hợp protein của nấm men cao gấp 1000 lần so với đậu tương và 10000 lần so với trâu bò.Kích thước nhỏ nhưng khả năng hấp thụ và chuyển hóa lại rất nhanh và mạnh Sinh trưởng nhanh,phát triển mạnh 1 trực khuẩn E.Coli sau 12 -20 phút tự nhân đôi 1 lần thì sau 1 giờ phân chia tạo ra 4.722.366.1018 tế bào trong điều kiện thuận lợi. Thích ứng nhanh và dễ phát sinh biến dị Phân bố rộng ,chủng loại phong phú Vi sinh vật có khắp nơi trên trái đất từ những nơi khắc nghiệt nhất đến nơi thuận lợi nhất Nhân tố chính trong vòng tuần hoàn C,vòng tuần hoàn N,vòng tuần hoàn P,vòng tuần hoàn S… Không khí càng loãng thì sự hiện diện của vi sinh vật càng ít.Ở những nơi đông dân cư thì vi sinh vật hiện diện trong không khí cao hơn nhiều so với những nơi thưa dân cư. Hợp chất của Cacbon như Kim Cương,đá Granit,than đá là những chất mà vi sinh vật không thể phân hủy còn lại đều là thức ăn của chúng. Quá trình tự làm sạch trong nước có 3 quá trình:quá trình làm sạch vật lý,làm sạch hóa học và làm sạch sinh học.Trong đó quá trình làm sạch sinh học diễn ra thường xuyên và có hiệu quả nhất do có sự góp mặt của động vật,thực vật và quan trọng nhất là vi sinh vật IV.2 Hoạt động sống của vi sinh vật trong nước thải Nước thải từ các nhà máy sau khi qua quá trình xử lý còn rất ít vi sinh vật hoặc gần như không có do đã qua hệ thống xử lý nhiệt.Vi sinh vật ở hệ thống thoát nước là điều kiện để vi sinh vật phát triển đồng thời kéo theo sự phát triển của các giới thủy sinh. Vi sinh vật trong nước thải có thể chia làm 2 loai dị dưỡng và tự dưỡng.Chúng không thể tự tổng hợp được các chất hữu cơ nên trong môi trường sống phải có chất hữu cơ để chúng lấy thức ăn chuyển hóa thành vật liệu xây dựng tế bào đồng thời chuyển hóa chất thải ra sản phẩm cuối cung là CO2,nước hoặc CH4,H2S,N2…. Vi khuẩn ký sinh là những vi khuẩn sống bám vào vật chủ lấy thức ăn của vật chủ,chúng thường sống trong ruột của người và động vật Vi khuẩn hoại sinh là những vi khuẩn tự lấy thứ ăn từ những chất hữu cơ phức tạp và thải ra những chất hữu cơ đơn giản và cặn vô cơ. Tát cả các vi khuẩn ký sinh và hoại sinh đều cần có oxi để đồng hóa,một số lấy oxi trong không khí,một số lấy oxi từ những hợp chất của sunfat,nitrat…còn một số loại vi khuẩn có thể thích nghí giữa kỵ khí và hiếu khí gọi là vi khuẩn lưỡng nghi. Vi khuẩn phát triển mạnh nhất ở 20-40 0C,cần chú ý đến yếu tố nhiệt độ để hiệu quả xử lý được cao nhất. Một vài loài vi khuẩn gây hại như vi khuẩn dạng sợi filamentous kết hợp với nhau nổi trên mặt nước cản trở quá trình lắng Quá trình tự làm sạch cũng diễn ra theo 3 giai đoạn Chất hữu cơ tiếp xúc với bề mặt tế bào vi sinh vật Khếch tán và hấp thụ các chất ô nhiễm qua màng bán thấm vào trong tế bào vi sinh vật Chuyển hóa các chất này trong nội bào để sinh ra năng lượng và tổng hợp các vật liệu mới cho tế bào vi sinh vật.Sự chuyển hóa này bao gồm hangf loạt các phản ứng hóa sinh với 2 quá trình chủ yếu là đồng hóa và dị hóa Quá trình dị hóa phân tách các chất hữu cơ phức tạp thành các hợp chất đơn giản hơn đồng thời giải phóng năng lượng Quá trình đồng hóa thì ngược lại tổng hợp các chất hữu cơ phức tạp từ những hợp phần đơn giản và cung cấp năng lượng IV.3 Vai trò của vi sinh vật trong xử lý nước thải Thực chất của quá trình xử lý sinh học là lợi dụng khả năng phân hủy các chất hữu cơ của vi sinh vật.Chuyển các chất hữu cơ phức tạp thành các chất hữu cơ đơn giản hoặc các chất vô cơ đồng thời giải phóng khí CO2,H2S,CH4…ổn định các chất hữu cơ đòi hỏi phải sử dụng nhiều vi sinh vật.Quá trình xử lý sinh học tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào vi sinh và các chất keo vô cơ trong nước thải,do các bông cặn này có trọng lượng riêng lớn hơn 1(H20=1) nên sẽ lắng xuống dưới. Lưu ý: nếu các tế bào vi khuẩn mới sinh ra không được loại khỏi bể xử lý thì bể xử lý xem như thất bại vì bản thân của tế bào vi khuẩn sinh ra cũng là các chất hữu cơ khi đó nước thải chứa chất hữu cơ được xem là chuyển từ dạng ô nhiễm này chuyển sang dạng ô nhiễm khác.Nước đầu ra BOD sẽ không đạt(không đạt tiêu chuẩn xả thải vào môi trường) IV.3.1 Vi sinh vật hiếu khí trong quá trình phân hủy chất hữu cơ Các vi khuẩn hiếu khí sử dụng năng lượng từ các hợp chất hữu cơ để tạo thành tế bào vi khuẩn mới.Khi xây dựng bể và đưa vào vận hành thì các vi khuẩn có sẵn trong nước thải bắt đầu phát triển theo chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong một mẻ cấy vi khuẩn Theo Eckenfelder W.W và conon D.J ( 1961 ) thì có thể chia quá trình phân hủy hiếu khí nước thải làm 3 giai đoạn : Giai đoạn 1 : Oxi hóa các chất hữu cơ CxHyOz + O2 enzyme CO2 + H2O Giai đoạn 2 : Tổng hợp xây dựng tế bào CxHyOz + O2 enzyme CO2 + H2O + C5H7O2 Giai đoạn 3 : Tự oxi hóa chất liệu tế bào C5H7NO2 + 5O2 enzyme 5CO2 + 2H2O + NH3 IV.3.1.1 Vi khuẩn Đặc biệt là vi khuẩn gram âm là thành phần chủ yếu của bùn hoạt tính Các vi khuẩn điển hình :Zooglea , Pseudomonas , Alcaligenes , Bacillus , Achromobacter , Corynebacterium , Comomonas… Zooglea ( khối nhầy ) là những vi khuẩn được cấu tạo chủ yếu từ polysaccharide, có hình ngón tay , được tìm thấy trong môi trường nước thải và môi trường giàu chất hữu cơ. a) b) Hình IV.1 Vi khuẩn Zoogle Vai trò : oxi hóa các chất hữu cơ chuyển hóa chất dinh dưỡng.Chúng tạo thành polysaccharid và polymer Các vi khuẩn dạng sợi đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành bông bùn. Khi nồng độ oxi trong bông bị giới hạn, số lượng vi khuẩn hiếu khí giảm khi kích thước bông gia tăng Bông bùn lớn có những hộc kỵ khí là điều kiện thuận lợi để các vi khuẩn kị khí (vi khuẩn tạo metan) phát triển . a) b) Hình IV.2 Vi Khuẩn Pseudomonas IV.3.1.2 Nấm Các nấm thường gặp trong nước thải là : Geotrichum, candida ,trichoderma ,penicillium ,cepholosporium và Alternaria. Chúng có vai trò rất ít trong xử lý nước thải,pH thích hợp cho sự phát triển 4 – 5 a) b) Hình IV.3 Nấm Saccharomyces cerevise IV.3.1.3 Trùng biến hình Hình dạng đa dạng phong phú , kích thước tù 10 - 200 micromet , di chuyển bằng chân giả. Có khả năng phát triển mạnh trên một số hợp chất hữu cơ đặc thù ,có thể chịu được DO thấp vì vậy có thể làm sinh vật chỉ thị ( nước thải giấy, bột giấy ,men bia…) a) b) Hình IV.4 Trùng biến hình IV.3.1.4 Trùng roi Hình oval , di chuyển nhanh, kích thước nhỏ Vai trò : ăn các chất hữu cơ hòa tan và chúng có thể chỉ thị mức BOD trong nước cao.  a) b) Hình IV.5 Trùng roi xanh IV.3.1.5 Trùng tiên mao Hình oval. Kích thước khoảng 20 - 400 micromet chuyển động linh hoạt có tiên mao giúp chúng có thể bò trên mặt của bùn hoạt tính Vai trò : trùng tiên mao được tìm thấy trong bùn hoạt tính tốt nên có thể xem chúng là sinh vật chỉ thị IV.3.1.6 trùng bánh xe Có kích thước lớn hơn các loại trên, có hình dạng phong phú ,có khả năng di dông và thường bám lên