SƠ LƯỢC VỀ CÁC QUÁ TRÌNH VI SINH TRONG BỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
Như đã nói ở các chương trước quá trình xử lý sinh học thường theo sau quá trình xử lý
cơ học để loại bỏ các chất hữu cơ trong nước thải nhờ hoạt động của các vi khuẩn. Tùy
theo nhóm vi khuẩn sử dụng là hiếu khí hay yếm khí mà người ta thiết kế các công trình
khác nhau. Tùy theo khả năng về tài chính, diện tích đất mà người ta có thể dùng ao hồ
có sẵn hoặc xây dựng các bể nhân tạo để xử lý.
Sơ lược về các quá trình vi sinh trong việc xử lý nước thải
Quá trình hiếu khí và hiếu khí không bắt buộc (tùy nghi)
Để thiết kế và vận hành một bể xử lý sinh học có hiệu quả chúng ta phải nắm vững các
kiến thức sinh học có liên quan đến quá trình xử lý. Trong các bể xử lý sinh học các vi
khuẩn đóng vai trò quan trọng hàng đầu vì nó chịu trách nhiệm phân hủy các thành phần
hữu cơ trong nước thải. Trong các bể bùn hoạt tính một phần chất thải hữu cơ sẽ được các
vi khuẩn hiếu khí và hiếu khí không bắt buộc sử dụng để lấy năng lượng để tổng hợp các
chất hữu cơ còn lại thành tế bào vi khuẩn mới. Vi khuẩn trong bể bùn hoạt tính thuộc các
giống Pseudomonas, Zoogloea, Achromobacter, Flavobacterium, Nocardia,
Bdellovibrio, Mycobacterium và hai loại vi khuẩn nitrát hóa là Nitrosomonas và
Nitrobacter. Ngoài ra còn có cácloại hình sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix,
Lecicothrix và Geotrichum. Ngoài các vi khuẩn các vi sinh vật khác cũng đóng vai trò
quan trọng trong các bể bùn hoạt tính. Ví dụ như các nguyên sinh động vật và Rotifer ăn
các vi khuẩn làm cho nước thải đầu ra sạch hơn về mặt vi sinh.
Khi bể xử lý được xây dựng xong 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. Trong thời gian đầu, để sớm đưa hệ thống xử lý vào hoạt động ổn định có thể
dùng bùn của các bể xử lý đang hoạt động gần đó cho thêm vào bể mới như là một hình
thức cấy thêm vi khuẩn cho bể xử lý. Chu kỳ phát triển của các vi khuẩn trong bể xử lý
bao gồm 4 giai đoạn:
Giai đoạn chậm (lag-phase): xảy ra khi bể bắt đầu đưa vào hoạt động và bùn của
các bể khác được cấy thêm vào bể. Đây là giai đoạn để các vi khuẩn thích nghi
với môi trường mới và bắt đầu quá trình phân bào.
Giai đoạn tăng trưởng (log-growth phase): giai đoạn này các tế bào vi khuẩn tiến
hành phân bào và tăng nhanh về số lượng. Tốc độ phân bào phụ thuộc vào thời

sinh sản được. Trong quá trình vận hành, các điều kiện cần thiết cho quá trình tăng
trưởng của vi khuẩn (pH, chất dinh dưỡng, nhiệt độ, khuấy trộn ) phải được điều chỉnh ở
mức thuận lợi nhất cho vi khuẩn.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của các công trình xử lý nước thải hiếu khí
Loại Các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt động của công trình
Bùn hoạt tính
Loại bể phản ứng
Thời gian lưu của nước thải trong bể phản ứng
Chế độ nạp nước thải và các chất hữu cơ
Hiệu suất sục khí
Thời gian lưu trữ VSV trong bể phản ứng
Tỉ lệ thức ăn/vi sinh vật (F/M)
Tỉ lệ bùn bơm hoàn lưu về bể phản ứng
Các chất dinh dưỡng
Các yếu tố môi trường (nhiệt độ, pH)
Bể lọc sinh học nhỏ
giọt
Loại nguyên liệu làm giá bám và chiều cao của cột nguyên liệu này
Chế độ nạp nước thải và các chất hữu cơ
Hiệu suất thông khí
Tỉ lệ hoàn lưu
Cách sắp xếp các cột lọc
Cách phân phối lưu lượng nước
Đĩa quay sinh học
Số bể, đĩa
Chế độ nạp nước thải và các chất hữu cơ
Bộ phận truyền động
Mật độ của nguyên liệu cấu tạo đĩa
Vận tốc quay

Tỉ lệ hoàn lưu

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991
Quá trình yếm khí
Các hệ thống yếm khí ứng dụng khả năng phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật trong điều
kiện không có oxy. Quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ rất phức tạp liên hệ đến hàng
trăm phản ứng và sản phẩm trung gian. Tuy nhiên người ta thường đơn giản hóa chúng
bằng phương trình sau đây:
Chất hữu cơ
lên men
>
yếm khí
CH
4
+ CO
2
+ H
2
+ NH
3
+ H
2
S
Hỗn hợp khí sinh ra thường được gọi là khí sinh học hay biogas. Thành phần của Biogas
như sau:

Methane (CH
4
) 55 ¸ 65%
Carbon dioxide (CO


Giai đoạn III
Sinh CH
4
Ba giai đoạn của quá trình lên men yếm khí (Mc. Cathy, 1981)
Ba nhóm vi khuẩn chính tham gia vào quá trình là nhóm vi sinh vật thủyphân ch6át hữu
cơ, nhóm vi sinh vật tạo acid bao gồm các loài Clostridium spp., Peptococcus
anaerobus, Bifidobacterium spp., Desulphovibrio spp., Corynebacterium spp.,
Lactobacillus, Actonomyces, Staphylococcus và Escherichia coli, và nhóm vi sinh vật
sinh methane gồm các loài dạng hình que (Methanobacterium, Methanobacillus), dạng
hình cầu (Methanococcus, Methanosarcina).Bấm chuột vào đây để xem một đoạn phim ngắn về cơ chế hoạt động của các vi khuẩn
(thuyết minh bằng tiếng Anh)
Các nhân tố môi trường ảnh hưởng đến quá trình lên men yếm khí
Quá trình lên men yếm khí có thể được khởi động một cách nhanh chóng nếu như chất
thải của một hầm ủ đang hoạt động được dùng để làm chất mồi (đưa vi khuẩn đang hoạt
động vào mẻ ủ). Hàm lượng chất rắn trong nguyên liệu nạp cho hầm ủ nên được điều
chỉnh ở mức 5 ÷ 10%, 90 ÷ 95% còn lại là nước.

Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ và sự biến đổi của nhiệt độ trong ngày và các mùa ảnh hưởng đến tốc độ phân
hủy chất hữu cơ. Thông thường biên độ nhiệt sau đây được chú ý đến trong quá trình xử
lý yếm khí:
25 ÷ 40
oC
: đây là khoảng nhiệt độ thích hợp cho các vi sinh vật ưa ấm.
50 ÷ 65
oC

Ảnh hưởng của pH và độ kiềm (alkalinity)
pH trong hầm ủ nên được điều chỉnh ở mức 6,6 ÷ 7,6 tối ưu trong khoảng 7 ÷ 7,2 vì tuy
rằng vi khuẩn tạo acid có thể chịu được pH thấp khoảng 5,5 nhưng vi khuẩn tạo methane
bị ức chế ở pH đó. pH của hầm ủ có khi hạ xuống thấp hơn 6,6 do sự tích tụ quá độ các
acid béo do hầm ủ bị nạp quá tải hoặc do các độc tố trong nguyên liệu nạp ức chế hoạt
động của vi khuẩn methane. Trong trường hợp này người ta lập tức ngưng nạp cho hầm ủ
để vi khuẩn sinh methane sử dụng hết các acid thừa, khi hầm ủ đạt được tốc độ sinh khí
bình thường trở lại người ta mới nạp lại nguyên liệu cho hầm ủ theo đúng lượng quy
định. Ngoài ra người ta có thể dùng vôi để trung hòa pH của hầm ủ.
Alkalinity của hầm ủ nên được giữ ở khoảng 1.000 ÷ 5.000 mg/L để tạo khả năng đệm tốt
cho nguyên liệu nạp.

Ảnh hưởng của độ mặn
Thường trên 90% trọng lượng nguyên liệu là nước. TTNLM đã tìm hiểu khả năng sinh
Biogas của hầm ủ tùy thuộc nồng độ muối trong nước. Kết quả cho thấy vi khuẩn tham
gia trong quá trình sinh khí methane có khả năng dần dần thích nghi với nồng độ của
muối ăn NaCl trong nước. Với nồng độ < 0,3% khả năng sinh khí không bị giảm đáng kể.
Như vậy việc vận hành các hệ thống xử lý yếm khí tại các vùng nước lợ trong mùa khô
không gặp trở ngại nhiều (Lê Hoàng Việt, 1988).

Các chất dinh dưỡng
Để bảo đảm năng suất sinh khí của hầm ủ, nguyên liệu nạp nên phối trộn để đạt được tỉ
số C/N từ 25/1 ÷ 30/1 bởi vì các vi khuẩn sử dụng carbon nhanh hơn sử dụng đạm từ 25
÷ 30 lần. Các nguyên tố khác như P, Na, K và Ca cũng quan trọng đối với quá trình sinh
khí tuy nhiên C/N được coi là nhân tố quyết định.

Ảnh hưởng lượng nguyên liệu nạp
Ảnh hưởng của lượng nguyên liệu nạp có thể biểu thị bằng 2 nhân tố sau:
Hàm lượng chất hữu cơ biểu thị bằng kg COD/m
3

bọt và váng trên mặt hầm ủ.