Bùn hoạt tính đóng vai trò trung tâm trong công nghệ xử lý nước thải hiện đại. Đây là hệ sinh thái vi sinh vật phức tạp, đảm nhiệm việc phân hủy các chất hữu cơ, giảm tải ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước. Đặc điểm nổi bật của bùn hoạt tính chính là khả năng sinh trưởng lơ lửng, kết hợp chặt chẽ giữa vi khuẩn, nấm mốc, động vật nguyên sinh và các chất rắn lơ lửng để tạo thành bông bùn.

Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu về:

• Quá trình sinh trưởng lơ lửng của bùn hoạt tính.
• Thành phần, tính chất và vai trò của bùn hoạt tính.
• Những yếu tố ảnh hưởng và cách tối ưu hóa hiệu quả xử lý nước thải.

1. Sinh trưởng lơ lửng của bùn hoạt tính

Sinh trưởng lơ lửng là quá trình vi khuẩn trong nước thải phát triển, bám vào các hạt chất rắn lơ lửng và hình thành bông bùn. Đây là yếu tố then chốt giúp hệ thống xử lý nước thải đạt hiệu quả cao trong việc phân hủy các chất hữu cơ.

Quá trình hình thành bông bùn

• Giai đoạn đầu: Vi khuẩn bám dính vào các hạt chất rắn lơ lửng trong nước thải.
• Tiết chất nhầy sinh học: Các vi khuẩn tiết ra polysaccharide và protein, tạo môi trường bám dính, kết tụ các vi khuẩn khác và các chất rắn.
• Hình thành bông bùn hoàn chỉnh: Các bông bùn tiếp tục phát triển, tích tụ các vi khuẩn mới, động vật nguyên sinh và chất rắn lơ lửng.

Vai trò của sục khí và khuấy đảo

• Sục khí cung cấp oxy, tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ.
• Khuấy đảo giúp bông bùn lơ lửng trong nước, tăng diện tích tiếp xúc và tốc độ phản ứng sinh học.

Khi kết thúc quá trình sục khí, bông bùn sẽ lắng xuống và trở thành bùn hoạt tính, sẵn sàng cho chu kỳ xử lý tiếp theo.

2. Thành phần của bùn hoạt tính

Dưới đây là bảng tổng hợp chức năng của các vi khuẩn được liệt kê:

Vi khuẩn	Chức năng
Pseudomonas	Phân hủy hydrocacbon, protein, các hợp chất hữu cơ khác và phản nitrat hóa.
Arthrobacter	Phân hủy hydrocacbon.
Bacillus	Phân hủy hydrocacbon, protein...
Cytophaga	Phân hủy các polyme.
Zooglea	Tạo thành chất nhày (polysaccharide), hình thành chất keo tụ.
Acinetobacter	Tích lũy polyphosphat, phản nitrat.
Nitrosomonas	Nitrit hóa.
Nitrobacter	Nitrat hóa.
Sphaerotilus	Sinh nhiều tiên mao, phân hủy các chất hữu cơ.
Alcaligenes	Phân hủy protein, phản nitrat hóa.
Flavobacterium	Phân hủy protein.
Nitrococcus denitrificans	Phản nitrat hóa (khử nitrat thành N₂).
Thiobacillus denitrificans	Phản nitrat hóa (khử nitrat thành N₂).
Desulfovibrio	Khử sulfat, khử nitrat.

Nếu bạn cần thông tin chi tiết hơn hoặc hỗ trợ chỉnh sửa nội dung, hãy cho tôi biết!

Vi sinh vật trong bùn hoạt tính

Vi sinh vật chiếm 30-40% khối lượng bùn hoạt tính, bao gồm:

• Vi khuẩn: Đóng vai trò chủ đạo trong phân hủy chất hữu cơ và phản nitrat hóa. Ví dụ: Pseudomonas, Nitrosomonas, Nitrobacter.
• Nấm mốc và xạ khuẩn: Phân hủy các hợp chất khó phân giải, tăng khả năng xử lý nước thải.
• Động vật nguyên sinh: Như Ciliata, Amoeba, hỗ trợ tiêu thụ vi khuẩn già và cải thiện chất lượng bùn.

Chất rắn lơ lửng

• Gồm các hạt hữu cơ và vô cơ, đóng vai trò như khung xương cho bông bùn hình thành.

3. Tính chất và vai trò của bùn hoạt tính

Khả năng tạo bông

Bùn hoạt tính có khả năng tạo bông tốt nhờ polysaccharide mà vi khuẩn tiết ra, giúp kết tụ và giữ lại các chất hữu cơ, vi khuẩn có hại.

Hiệu quả xử lý nước thải

• Phân hủy chất hữu cơ: Chuyển hóa các chất ô nhiễm thành CO₂, nước và các hợp chất vô cơ.
• Giảm BOD: Làm giảm nhu cầu oxy sinh hóa trong nước thải.

Chức năng sinh học khác

• Khử nitrat: Chuyển hóa NO₃⁻ thành khí nitơ, giảm ô nhiễm nitrat.
• Loại bỏ kim loại nặng: Nhờ khả năng hấp phụ và đồng kết tủa.

4. Duy trì cân bằng dinh dưỡng cho bùn hoạt tính

Tỷ lệ BOD:N:P lý tưởng

Để đảm bảo vi sinh vật hoạt động tốt, nước thải cần cung cấp đủ dinh dưỡng với tỷ lệ:

• 100:5:1 cho quá trình hiếu khí tích cực.
• 200:5:1 cho quá trình hiếu khí dài ngày.

Nguồn dinh dưỡng bổ sung

• Nitơ: NH₄OH, urê, muối amoni.
• Phospho: Muối phosphat, supephosphat.

Hậu quả của thiếu hụt dinh dưỡng

• Thiếu nitơ: Ức chế sinh trưởng vi sinh vật, làm giảm hiệu quả lắng bùn.
• Thiếu phospho: Gây sinh sợi vi khuẩn, làm mất ổn định bông bùn.

5. Ảnh hưởng của các hợp chất độc hại

Hợp chất hữu cơ độc hại

• Phenol, formaldehyde, thuốc bảo vệ thực vật cản trở hoạt động của vi sinh vật.

Kim loại nặng

• Sb, Hg, Cu, Ni, Co: Ở nồng độ thấp, chúng kích thích vi sinh vật; nhưng ở nồng độ cao, chúng trở thành chất độc hại.

6. Động vật nguyên sinh và vai trò trong bùn hoạt tính

Chức năng chính

• Kiểm soát vi khuẩn già: Tiêu thụ vi khuẩn dư thừa, tái tạo quần thể vi sinh vật.
• Kích thích enzyme ngoại bào: Tăng hiệu suất phân hủy chất hữu cơ.
• Cải thiện lắng bùn: Tăng độ đặc và khả năng lắng.

Các nhóm động vật nguyên sinh phổ biến

• Sarcodina: Dùng chân giả để bắt và tiêu thụ vi khuẩn.
• Ciliata: Sử dụng lông rung để di chuyển và hấp thu thức ăn.

7. Tối ưu hóa hệ thống bùn hoạt tính

Sục khí và cung cấp oxy

• Duy trì nồng độ oxy hòa tan (DO) từ 2-4 mg/L để tối ưu hóa vi khuẩn hiếu khí.

Quản lý tuổi bùn

• Tuổi bùn phù hợp đảm bảo tỷ lệ vi khuẩn sống và hiệu quả xử lý cao.

Điều chỉnh tỷ lệ F/M

• Tỷ lệ giữa tải lượng BOD và bùn hoạt tính cần cân bằng để tránh quá tải hoặc thiếu dinh dưỡng.

Kết luận

Bùn hoạt tính với khả năng sinh trưởng lơ lửng là giải pháp quan trọng trong xử lý nước thải. Bằng cách hiểu rõ cơ chế hoạt động, thành phần và cách tối ưu hóa hệ thống, chúng ta có thể nâng cao hiệu quả xử lý, bảo vệ môi trường và góp phần xây dựng một hệ sinh thái bền vững.