Vi Sinh Xử Lý Nước Thải – Nguyên Lý, Các Loại Và Cách Nuôi Cấy

Vi sinh xử lý nước thải là tập hợp các vi sinh vật tham gia chuyển hóa chất hữu cơ, nitơ và một số chất ô nhiễm trong các công trình sinh học như Aerotank, Anoxic, MBBR, SBR, MBR hoặc bể kỵ khí. Hiệu quả xử lý không chỉ phụ thuộc vào việc “có vi sinh” mà còn liên quan đến tải lượng BOD/COD, oxy hòa tan, pH, nhiệt độ, dinh dưỡng, tuổi bùn và khả năng kiểm soát các chất gây ức chế. Vì vậy, nuôi cấy và duy trì hệ vi sinh ổn định cần được xem như một quá trình vận hành sinh học, thay vì chỉ bổ sung men vi sinh vào bể.

[HÌNH ẢNH 01 – VI SINH XỬ LÝ NƯỚC THẢI]
Vị trí: Sau sapo.
Tên file:vi-sinh-xu-ly-nuoc-thai.webp
ALT: Vi sinh xử lý nước thải trong bể sinh học
Chú thích: Vi sinh vật chuyển hóa chất hữu cơ và dinh dưỡng trong các công trình xử lý sinh học.
Nội dung ảnh: Bể Aerotank/MBBR kết hợp hình minh họa bông bùn và màng vi sinh.

Vi sinh xử lý nước thải là gì?

Vi sinh vật là những sinh vật có kích thước rất nhỏ, phần lớn cần quan sát bằng kính hiển vi.

Trong xử lý nước thải, nhiều nhóm vi sinh được sử dụng để chuyển hóa các chất ô nhiễm thành:

Sinh khối;

CO₂;

Nước;

Khí nitơ;

Khí sinh học;

Các sản phẩm chuyển hóa khác.

Thay vì loại bỏ chất hữu cơ hoàn toàn bằng hóa chất, hệ thống sinh học tạo môi trường để vi sinh sử dụng một phần chất ô nhiễm làm nguồn năng lượng và vật chất cho quá trình sinh trưởng.

Đây là nền tảng của nhiều công nghệ xử lý nước thải hiện nay.

Vi sinh xử lý nước thải hoạt động như thế nào?

Có thể hình dung quá trình ở mức đơn giản:

Chất ô nhiễm + Vi sinh vật + Điều kiện môi trường phù hợp → Chuyển hóa + Sinh khối mới + Sản phẩm cuối

Đối với chất hữu cơ trong điều kiện hiếu khí, quá trình tổng quát có thể được mô tả:

Chất hữu cơ + O₂ → CO₂ + H₂O + Sinh khối

Tuy nhiên, hệ thống thực tế phức tạp hơn vì có nhiều nhóm vi sinh hoạt động đồng thời.

Vi sinh cần thức ăn

Nguồn carbon hữu cơ trong nước là nguồn thức ăn quan trọng đối với nhiều nhóm vi sinh dị dưỡng.

Vi sinh cần điều kiện môi trường

Tùy nhóm, chúng cần:

Oxy;

Không có oxy;

Nitrat;

Carbon;

Nitơ;

Photpho;

pH phù hợp;

Nhiệt độ phù hợp.

Vi sinh tạo sinh khối

Khi phát triển, vi sinh tạo ra sinh khối mới.

Đó là một trong những nguyên nhân hệ thống sinh học phát sinh bùn dư cần được loại bỏ định kỳ.

[HÌNH ẢNH 02 – CƠ CHẾ VI SINH]
Tên file:co-che-vi-sinh-xu-ly-nuoc-thai.webp
ALT: Cơ chế hoạt động của vi sinh trong xử lý nước thải
Chú thích: Vi sinh sử dụng chất ô nhiễm trong nước để sinh trưởng và thực hiện các quá trình chuyển hóa sinh học.

Các loại vi sinh xử lý nước thải

Có nhiều cách phân loại vi sinh. Trong vận hành hệ thống nước thải, cách phân chia theo điều kiện oxy thường dễ ứng dụng nhất.

Ba nhóm môi trường quan trọng gồm:

Hiếu khí;

Thiếu khí;

Kỵ khí.

Mỗi nhóm đảm nhận nhiệm vụ khác nhau.

Vi sinh hiếu khí xử lý nước thải

Vi sinh hiếu khí hoạt động trong môi trường có oxy hòa tan.

Chúng là thành phần quan trọng của:

Aerotank;

MBBR hiếu khí;

SBR;

MBR;

Lọc sinh học hiếu khí;

Các bể hiếu khí khác.

Vi sinh hiếu khí xử lý gì?

Nhóm vi sinh dị dưỡng có thể phân hủy nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học.

Nhờ đó giúp giảm:

BOD;

Một phần COD;

Các hợp chất hữu cơ có khả năng phân hủy.

Ngoài ra còn có các nhóm vi sinh tham gia chuyển hóa nitơ.

Oxy hòa tan quan trọng như thế nào?

Nếu oxy quá thấp, hoạt động của các quá trình hiếu khí có thể bị hạn chế.

Ngược lại, cấp khí quá mức không đồng nghĩa hiệu quả xử lý sẽ tăng tương ứng và có thể làm tăng điện năng.

Do đó, DO cần được kiểm soát theo mục tiêu vận hành.

Vi sinh thiếu khí trong bể Anoxic

Môi trường thiếu khí khác với môi trường hiếu khí và kỵ khí.

Trong bể Anoxic, oxy hòa tan được duy trì thấp nhưng có thể tồn tại các dạng oxy hóa của nitơ như nitrate.

Một trong những quá trình quan trọng tại đây là khử nitrate.

Nguyên lý khử nitrate

Vi sinh sử dụng nitrate trong quá trình chuyển hóa và cuối cùng có thể tạo khí nitơ.

Có thể hình dung:

NO₃⁻ → NO₂⁻ → ... → N₂↑

Khí N₂ thoát khỏi nước, giúp loại bỏ nitơ.

Bể Anoxic có cần khuấy không?

Có.

Bể thường sử dụng máy khuấy để giữ bùn và nước tiếp xúc tốt nhưng không cấp khí mạnh như Aerotank.

Nguồn carbon

Quá trình khử nitrate cần nguồn electron/carbon phù hợp.

Nếu nước vào Anoxic quá nghèo carbon, hiệu quả khử nitrate có thể bị hạn chế.

[HÌNH ẢNH 03 – VI SINH HIẾU KHÍ VÀ THIẾU KHÍ]
Tên file:vi-sinh-hieu-khi-thieu-khi.webp
ALT: Vi sinh hiếu khí và thiếu khí trong xử lý nước thải
Chú thích: Các vùng thiếu khí và hiếu khí phối hợp để xử lý chất hữu cơ và nitơ.

Vi sinh kỵ khí xử lý nước thải

Vi sinh kỵ khí hoạt động trong điều kiện không có oxy hòa tan.

Quá trình này thường được xem xét đối với nguồn có tải hữu cơ cao như:

Thực phẩm;

Chăn nuôi;

Một số ngành đồ uống;

Một số dòng công nghiệp giàu hữu cơ.

Quá trình kỵ khí

Phân hủy kỵ khí gồm nhiều giai đoạn sinh học nối tiếp nhau.

Có thể khái quát:

Chất hữu cơ phức tạp → Hợp chất đơn giản → Axit hữu cơ → Các chất trung gian → CH₄ + CO₂

Nhiều nhóm vi sinh khác nhau cùng tham gia.

Ưu điểm

Kỵ khí có thể:

Xử lý tải hữu cơ cao;

Giảm tải cho hiếu khí;

Không cần cấp khí như Aerotank;

Tạo khí sinh học trong điều kiện phù hợp.

Điểm cần lưu ý

Hệ vi sinh kỵ khí có thể nhạy với:

pH;

Nhiệt độ;

Sốc tải;

Chất độc;

Thay đổi môi trường đột ngột.

Do đó, khởi động hệ kỵ khí thường cần kiểm soát cẩn thận.

Vi sinh vật xử lý BOD và COD

BOD và COD không phải là tên của một chất ô nhiễm cụ thể.

BOD

BOD phản ánh nhu cầu oxy sinh hóa liên quan đến phần chất hữu cơ có khả năng được vi sinh vật phân hủy trong điều kiện thử nghiệm.

Vì vậy, xử lý sinh học thường đặc biệt hiệu quả với phần hữu cơ dễ phân hủy.

COD

COD bao gồm phạm vi chất hữu cơ và chất có khả năng bị oxy hóa rộng hơn.

Một phần COD có thể dễ phân hủy sinh học, nhưng một phần khác có thể khó hoặc gần như không phân hủy trong điều kiện hệ thống.

Vì sao COD không giảm dù bể có nhiều vi sinh?

Có thể do:

COD khó phân hủy;

Sốc tải;

Thiếu oxy;

Thiếu dinh dưỡng;

pH không phù hợp;

Có chất ức chế;

Thời gian lưu không đủ;

Tiền xử lý chưa phù hợp.

Do đó, bổ sung thêm vi sinh không phải lúc nào cũng giải quyết được COD cao.

Vi sinh xử lý nitơ trong nước thải

Xử lý nitơ là một trong những quá trình sinh học quan trọng.

Có thể chia thành hai giai đoạn lớn:

Nitrat hóa → Khử nitrat

Vi sinh nitrat hóa

Trong môi trường hiếu khí, các nhóm vi sinh chuyên biệt tham gia oxy hóa amoni qua các dạng oxy hóa của nitơ.

Khái quát:

NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻

Các vi sinh này thường phát triển chậm hơn nhiều nhóm dị dưỡng xử lý BOD.

Vì vậy, hệ thống cần duy trì điều kiện và tuổi bùn phù hợp.

Vi sinh khử nitrat

Trong vùng thiếu khí:

NO₃⁻ → N₂↑

Quá trình này cần nguồn carbon phù hợp.

Tuần hoàn nitrate

Một cấu hình thường gặp là:

Anoxic → Aerotank → Lắng → Tuần hoàn

Một phần dòng giàu nitrate được tuần hoàn về Anoxic để tiếp tục xử lý.

[HÌNH ẢNH 04 – VI SINH XỬ LÝ NITƠ]
Tên file:vi-sinh-xu-ly-nito-nuoc-thai.webp
ALT: Vi sinh nitrat hóa và khử nitrat trong nước thải
Chú thích: Xử lý nitơ thường phối hợp quá trình hiếu khí và thiếu khí.

Vi sinh trong bể Aerotank

Aerotank là công trình sử dụng bùn hoạt tính lơ lửng.

Trong bể có hỗn hợp:

Nước thải;

Vi sinh;

Bông bùn;

Chất hữu cơ;

Oxy hòa tan.

Máy thổi khí và hệ thống phân phối khí cung cấp oxy đồng thời hỗ trợ khuấy trộn.

Bùn hoạt tính là gì?

Bùn hoạt tính không đơn thuần là “bùn bẩn”.

Đây là hệ sinh khối gồm:

Vi khuẩn;

Vi sinh vật khác;

Chất hữu cơ;

Chất vô cơ;

Các hạt liên kết thành bông.

Sau Aerotank

Hỗn hợp nước và bùn thường được đưa sang bể lắng.

Bùn được tách và một phần tuần hoàn trở lại Aerotank nhằm duy trì lượng sinh khối.

Vi sinh trong công nghệ MBBR

MBBR sử dụng giá thể chuyển động làm bề mặt cho màng vi sinh phát triển.

Thay vì toàn bộ sinh khối ở dạng lơ lửng, một phần đáng kể bám trên carrier.

Màng vi sinh

Màng phát triển trên bề mặt giá thể và tiếp xúc với nước.

Các chất ô nhiễm khuếch tán vào màng và được vi sinh chuyển hóa.

Ưu điểm của giá thể

Giá thể giúp tăng diện tích cho sinh khối phát triển trong một thể tích bể nhất định.

MBBR vẫn cần điều kiện phù hợp

Bổ sung giá thể nhưng:

Thiếu oxy;

pH sai;

Tải độc;

Thiếu dinh dưỡng

thì vi sinh vẫn có thể hoạt động kém.

[HÌNH ẢNH 05 – VI SINH MBBR]
Tên file:vi-sinh-mbbr-xu-ly-nuoc-thai.webp
ALT: Màng vi sinh trên giá thể MBBR xử lý nước thải
Chú thích: Giá thể MBBR tạo bề mặt để màng vi sinh phát triển và tiếp xúc với nước thải.

Vi sinh trong SBR và MBR

SBR

SBR thực hiện nhiều giai đoạn xử lý theo chu kỳ.

Tùy thiết kế, một chu kỳ có thể gồm:

Nạp nước → Phản ứng → Lắng → Rút nước → Chờ

Vi sinh vẫn chủ yếu hoạt động theo nguyên lý bùn hoạt tính nhưng điều kiện môi trường thay đổi theo từng giai đoạn.

MBR

MBR kết hợp xử lý sinh học với màng.

Màng thực hiện nhiệm vụ tách sinh khối khỏi nước thay vì phụ thuộc hoàn toàn vào khả năng lắng như bể lắng truyền thống.

Hệ thống có thể duy trì nồng độ sinh khối cao hơn trong một số điều kiện thiết kế.

Bùn hoạt tính tốt có đặc điểm gì?

Không thể đánh giá toàn bộ hệ vi sinh chỉ bằng màu bùn, nhưng quan sát hiện trường vẫn cung cấp nhiều thông tin hữu ích.

Một hệ bùn ổn định thường cần được đánh giá qua:

Khả năng tạo bông;

Khả năng lắng;

Màu sắc;

Mùi;

Tốc độ lắng;

Độ trong nước sau lắng;

MLSS;

SVI;

DO;

Chất lượng nước đầu ra.

Bông bùn

Bông bùn tốt thường có cấu trúc đủ chắc để tách khỏi nước.

Bông quá nhỏ có thể làm nước sau lắng đục.

Khả năng lắng

Nếu bùn lắng kém, chất rắn có thể theo nước ra ngoài dù quá trình phân hủy hữu cơ vẫn đang diễn ra.

MLSS là gì?

MLSS – Mixed Liquor Suspended Solids là nồng độ chất rắn lơ lửng trong hỗn hợp bùn – nước của bể sinh học.

MLSS thường được sử dụng như một thông số vận hành quan trọng của bùn hoạt tính.

Tuy nhiên:

MLSS cao không đồng nghĩa hệ vi sinh chắc chắn tốt.

MLSS bao gồm cả phần hữu cơ, vô cơ và nhiều thành phần khác.

Cần đánh giá kết hợp với các chỉ tiêu khác.

MLVSS là gì?

MLVSS – Mixed Liquor Volatile Suspended Solids thể hiện phần chất rắn bay hơi trong MLSS và thường được sử dụng để ước tính phần sinh khối/chất hữu cơ trong bùn.

Tỷ lệ MLVSS/MLSS có thể cung cấp thêm thông tin về đặc tính bùn.

Nhưng đây vẫn chỉ là một chỉ số, không thể thay thế toàn bộ việc đánh giá hệ sinh học.

SVI là gì?

SVI – Sludge Volume Index là chỉ số thể tích bùn, được sử dụng để đánh giá đặc tính lắng của bùn hoạt tính.

Một cách biểu diễn phổ biến:

SVI = Thể tích bùn lắng sau 30 phút / MLSS

Khi sử dụng cần đảm bảo thống nhất đơn vị.

SVI dùng để làm gì?

Giúp theo dõi xu hướng:

Bùn lắng tốt;

Bùn nở;

Thay đổi cấu trúc bông;

Khả năng tách bùn – nước.

Không nên chẩn đoán nguyên nhân chỉ từ một giá trị SVI duy nhất.

[HÌNH ẢNH 06 – BÙN HOẠT TÍNH]
Tên file:bun-hoat-tinh-vi-sinh-xu-ly-nuoc-thai.webp
ALT: Bông bùn hoạt tính và kiểm tra khả năng lắng
Chú thích: MLSS, SVI và khả năng tạo bông giúp đánh giá trạng thái hệ sinh học.

DO ảnh hưởng đến vi sinh như thế nào?

DO – Dissolved Oxygen là nồng độ oxy hòa tan trong nước.

DO quá thấp

Có thể làm:

Giảm tốc độ oxy hóa chất hữu cơ;

Ảnh hưởng nitrat hóa;

Thay đổi quần thể vi sinh;

Phát sinh điều kiện không mong muốn.

DO quá cao

Không nhất thiết gây hiệu quả xử lý cao hơn.

Máy thổi khí có thể tiêu thụ điện lớn, nên việc cấp khí quá mức làm tăng OPEX.

Điều khiển blower theo DO

Một hệ thống có thể sử dụng:

Cảm biến DO → PLC/Controller → Biến tần → Blower

để điều chỉnh khí theo nhu cầu thực tế.

pH ảnh hưởng đến vi sinh xử lý nước thải

Vi sinh thường chỉ hoạt động tốt trong một vùng pH nhất định.

Nếu nước quá axit hoặc quá kiềm, quá trình sinh học có thể bị suy giảm.

Nước công nghiệp cần đặc biệt chú ý

Các ngành như:

Xi mạ;

Dệt nhuộm;

Hóa chất;

Một số ngành thực phẩm

có thể tạo dòng nước với pH biến động lớn.

Bể điều hòa và hệ thống điều chỉnh pH giúp bảo vệ sinh học phía sau.

Nhiệt độ ảnh hưởng đến vi sinh

Các phản ứng sinh học phụ thuộc vào nhiệt độ.

Khi nhiệt độ thay đổi đáng kể, tốc độ sinh trưởng và chuyển hóa của vi sinh cũng thay đổi.

Nước quá nóng

Không nên đưa dòng nhiệt độ cao trực tiếp vào bể sinh học nếu vượt khả năng chịu đựng của hệ vi sinh.

Nước quá lạnh

Tốc độ phản ứng sinh học có thể giảm.

Do đó, nhiệt độ cần được xem xét khi thiết kế và vận hành.

Dinh dưỡng cho vi sinh xử lý nước thải

Ngoài carbon, vi sinh cần nitơ, photpho và các nguyên tố cần thiết khác để sinh trưởng.

Nước thải sinh hoạt

Thông thường có tương đối đầy đủ các nhóm dinh dưỡng.

Nước thải công nghiệp

Một số nguồn có COD/BOD cao nhưng lại thiếu nitơ hoặc photpho.

Ví dụ một dòng giàu đường có thể chứa nhiều carbon nhưng không nhất thiết đủ N và P.

Không bổ sung dinh dưỡng theo cảm tính

Bổ sung quá nhiều N hoặc P có thể khiến chính các chất này trở thành vấn đề ở nước đầu ra.

Cần tính theo tải lượng và nhu cầu sinh học thực tế.

F/M trong xử lý sinh học

F/M thể hiện tương quan giữa lượng “thức ăn” đưa vào và lượng vi sinh trong hệ thống.

Có thể hiểu đơn giản:

F/M = Tải lượng cơ chất / Lượng sinh khối

F/M quá cao

Có thể xảy ra khi:

Tải hữu cơ tăng;

Sinh khối quá ít;

Hệ thống mới khởi động.

Vi sinh nhận lượng thức ăn lớn so với sinh khối hiện có.

F/M quá thấp

Có thể xảy ra khi lượng sinh khối lớn nhưng nguồn cơ chất thấp.

Theo dõi F/M giúp đánh giá trạng thái tải của hệ thống.

Tuổi bùn SRT

SRT – Solids Retention Time thể hiện thời gian trung bình chất rắn sinh học được giữ trong hệ thống.

Đây là thông số rất quan trọng.

Vì sao SRT quan trọng?

Các nhóm vi sinh có tốc độ sinh trưởng khác nhau.

Vi sinh nitrat hóa phát triển tương đối chậm nên cần điều kiện giữ sinh khối phù hợp.

Xả bùn ảnh hưởng trực tiếp đến SRT

Xả quá nhiều bùn có thể làm mất sinh khối.

Xả quá ít lại khiến bùn già, MLSS tăng và có thể phát sinh các vấn đề khác.

Cách nuôi cấy vi sinh xử lý nước thải

Khởi động hệ thống sinh học cần thực hiện theo điều kiện công trình thực tế.

Không nên áp dụng một công thức duy nhất cho mọi hệ thống.

Bước 1: Kiểm tra hệ thống

Trước khi nuôi cấy cần kiểm tra:

Bể;

Bơm;

Blower;

Diffuser;

Máy khuấy;

Đường ống;

Van;

Cảm biến.

Bước 2: Kiểm tra nước đầu vào

Cần biết:

pH;

BOD/COD;

TSS;

Nitơ;

Photpho;

Chất độc hoặc chất ức chế;

Nhiệt độ.

Bước 3: Bổ sung nguồn vi sinh

Có thể sử dụng:

Bùn hoạt tính từ hệ thống phù hợp;

Sinh khối từ nguồn thích hợp;

Chế phẩm vi sinh trong một số trường hợp.

Bước 4: Tăng tải dần

Hệ thống mới không nên mặc định tiếp nhận ngay 100% tải thiết kế.

Tăng tải từng bước giúp sinh khối thích nghi.

Bước 5: Theo dõi

Cần theo dõi:

DO;

pH;

Bùn;

Mùi;

Bọt;

Khả năng lắng;

COD/BOD;

Nitơ nếu có.

[HÌNH ẢNH 07 – NUÔI CẤY VI SINH]
Tên file:nuoi-cay-vi-sinh-xu-ly-nuoc-thai.webp
ALT: Quy trình nuôi cấy vi sinh xử lý nước thải
Chú thích: Hệ vi sinh nên được khởi động theo tải tăng dần và theo dõi bằng các thông số vận hành.

Có nên dùng men vi sinh xử lý nước thải?

Men vi sinh xử lý nước thải hoặc chế phẩm vi sinh có thể hữu ích trong một số tình huống, nhưng không nên xem là giải pháp thay thế cho việc kiểm soát công nghệ.

Có thể cân nhắc khi

Khởi động hệ thống;

Sau sự cố làm mất sinh khối;

Cần bổ sung chủng vi sinh phù hợp;

Hệ thống có điều kiện môi trường thích hợp để vi sinh phát triển.

Men vi sinh không sửa được lỗi thiết kế

Nếu hệ thống:

Không đủ oxy;

pH sai;

Có chất độc;

Quá tải;

Thiếu bể;

Lắng không tốt;

thì bổ sung thêm men chưa chắc giải quyết được vấn đề.

Điều quan trọng là duy trì môi trường

Vi sinh được bổ sung vào nhưng môi trường không phù hợp thì quần thể vẫn có thể suy giảm.

Vi sinh dạng bột và dạng lỏng

Các chế phẩm thương mại có thể tồn tại dưới nhiều dạng.

Vi sinh dạng bột

Thường thuận tiện trong:

Vận chuyển;

Bảo quản;

Định lượng.

Vi sinh dạng lỏng

Có đặc tính và yêu cầu bảo quản riêng tùy sản phẩm.

Không lựa chọn chỉ theo số CFU quảng cáo

Cần xem xét:

Chủng vi sinh;

Mục đích;

Điều kiện bảo quản;

Hạn sử dụng;

Khả năng thích nghi;

Nước thải thực tế.

Dấu hiệu vi sinh xử lý nước thải đang gặp vấn đề

COD/BOD đầu ra tăng

Có thể do:

Tăng tải;

Thiếu oxy;

Chất độc;

pH;

Thiếu dinh dưỡng;

Mất sinh khối.

Bùn lắng kém

Bùn có thể:

Nở;

Tạo bông nhỏ;

Lắng chậm;

Trôi theo nước.

Bọt nhiều

Bọt không phải lúc nào cũng có cùng nguyên nhân.

Có thể liên quan đến:

Hệ mới khởi động;

Chất hoạt động bề mặt;

Tải hữu cơ;

Loại vi sinh;

Tuổi bùn.

Mùi bất thường

Mùi có thể cho thấy:

Thiếu oxy;

Nước lưu lâu;

Quá tải;

Phân hủy kỵ khí tại vị trí không mong muốn.

Bùn đổi màu

Màu bùn có thể cung cấp thông tin tham khảo nhưng không nên chẩn đoán hệ thống chỉ bằng màu.

Vì sao vi sinh bị chết hoặc suy giảm?

Một hệ sinh học có thể suy giảm nhanh khi gặp điều kiện bất lợi.

Sốc pH

Nước axit hoặc kiềm mạnh đi vào bể có thể gây ảnh hưởng lớn.

Hóa chất oxy hóa

Một số chất khử trùng và oxy hóa mạnh có thể tác động đến sinh khối.

Kim loại và chất độc

Nồng độ không phù hợp của kim loại hoặc hóa chất công nghiệp có thể ức chế vi sinh.

Thiếu oxy kéo dài

Đối với bể hiếu khí, sự cố blower kéo dài có thể làm hệ sinh học thay đổi.

Sốc tải

BOD/COD tăng đột ngột có thể vượt khả năng xử lý hiện tại.

Thiếu dinh dưỡng

Vi sinh không thể phát triển ổn định nếu thiếu các chất thiết yếu.

Cách phục hồi vi sinh xử lý nước thải

Khi hệ sinh học gặp sự cố, không nên ngay lập tức đổ lượng lớn chế phẩm vào bể.

Cần xác định nguyên nhân trước.

Bước 1: Ngăn nguồn gây sốc

Xác định xem có:

Axit;

Kiềm;

Hóa chất;

Nước sản xuất bất thường;

Chất khử trùng;

Tải hữu cơ đột biến.

Bước 2: Kiểm tra thiết bị

Đánh giá:

Blower;

Diffuser;

Máy khuấy;

Bơm tuần hoàn;

Bơm bùn.

Bước 3: Kiểm tra môi trường

Đo:

DO;

pH;

Nhiệt độ;

Tải lượng;

Các chất có nguy cơ gây ức chế.

Bước 4: Giảm tải khi cần

Nếu hệ thống đang quá tải, có thể cần điều chỉnh lưu lượng hoặc tải đầu vào theo phương án vận hành.

Bước 5: Bổ sung sinh khối

Sau khi môi trường đã được khôi phục, có thể bổ sung bùn hoặc chế phẩm phù hợp nếu thực sự cần.

Bùn nổi trong bể lắng có phải vi sinh chết?

Không nhất thiết.

Bùn nổi có thể liên quan đến nhiều nguyên nhân.

Khử nitrate trong bể lắng

Nếu nitrate đi vào bể lắng và xảy ra khử nitrate, khí N₂ có thể bám vào bông bùn làm bùn nổi.

Bùn lưu quá lâu

Bùn tích tụ có thể phát sinh khí và nổi.

Đặc tính bông bùn

Bùn có khả năng lắng kém cũng có thể gây mất chất rắn.

Do đó, cần phân tích hiện tượng trước khi kết luận “vi sinh chết”.

Bọt trắng trong bể Aerotank

Bọt trắng có thể xuất hiện trong giai đoạn khởi động hoặc khi nồng độ sinh khối còn thấp.

Tuy nhiên, bọt cũng có thể đến từ chất hoạt động bề mặt trong nước.

Cần kết hợp:

MLSS;

Tuổi bùn;

Chất lượng nước;

Tải lượng;

Nguồn nước thải

để xác định nguyên nhân.

Bọt nâu và bọt khó tan

Một số dạng bọt ổn định có thể liên quan đến đặc tính sinh khối hoặc thành phần nước.

Không nên xử lý bằng cách xịt hóa chất phá bọt liên tục mà chưa xác định nguyên nhân.

Biện pháp cần dựa trên:

SRT;

Dầu mỡ;

DO;

Thành phần vi sinh;

Tải lượng;

Khả năng thu gom bọt.

Vi sinh xử lý nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt chứa chất hữu cơ, nitơ và photpho tương đối phù hợp với xử lý sinh học.

Các công nghệ thường sử dụng gồm:

Aerotank;

AAO;

MBBR;

SBR;

MBR.

Hệ vi sinh có thể thực hiện đồng thời nhiều nhiệm vụ:

Giảm BOD;

Giảm COD sinh học;

Nitrat hóa;

Khử nitrate;

Hỗ trợ xử lý dinh dưỡng.

Vi sinh xử lý nước thải công nghiệp

Nước thải công nghiệp cần được đánh giá kỹ hơn trước khi đưa vào sinh học.

Thực phẩm

Thường có lượng hữu cơ dễ phân hủy tương đối lớn nhưng tải có thể cao.

Thủy sản

Có thể chứa nhiều protein, dầu mỡ và nitơ.

Dệt nhuộm

Một phần COD có thể khó phân hủy và nước có thể chứa màu, muối hoặc hóa chất ảnh hưởng vi sinh.

Xi mạ

Kim loại và hóa chất đặc thù cần được kiểm soát trước khi đưa nước sang sinh học nếu có công đoạn này.

Do đó, vi sinh xử lý nước thải công nghiệp chỉ hoạt động hiệu quả khi tiền xử lý đã bảo vệ được hệ sinh học.

Bổ sung vi sinh bao lâu một lần?

Không có một lịch cố định phù hợp cho mọi hệ thống.

Một hệ sinh học vận hành ổn định có khả năng tự duy trì sinh khối thông qua quá trình sinh trưởng và tuần hoàn bùn.

Việc phải bổ sung chế phẩm liên tục có thể là dấu hiệu cần xem lại:

Tải lượng;

Xả bùn;

Tuần hoàn;

DO;

pH;

Chất độc;

Thiết kế công trình.

Do đó, không nên mặc định:

“Cứ 7 ngày hoặc 30 ngày phải bổ sung vi sinh.”

Cần bổ sung dựa trên tình trạng thực tế.

Có cần bổ sung mật rỉ đường cho vi sinh?

Mật rỉ đường là nguồn carbon dễ phân hủy và đôi khi được sử dụng trong vận hành sinh học.

Nhưng không phải hệ thống nào cũng cần.

Có thể cân nhắc

Khi quá trình thiếu khí cần nguồn carbon nhưng nước không cung cấp đủ carbon dễ sử dụng.

Không nên châm mặc định

Bổ sung quá nhiều carbon có thể:

Tăng COD;

Tăng bùn;

Tăng nhu cầu oxy;

Làm nước đầu ra xấu hơn.

Trước khi bổ sung cần xác định hệ thống có thực sự thiếu carbon hay không.

Có cần bổ sung N và P cho vi sinh?

Tương tự carbon, N và P chỉ nên bổ sung khi thiếu.

Ví dụ, một số nước thải công nghiệp giàu carbon nhưng nghèo dinh dưỡng có thể cần bổ sung.

Tuy nhiên, nếu nước vốn đã chứa nhiều nitơ và photpho thì bổ sung thêm là không cần thiết và có thể làm tăng tải đầu ra.

Kính hiển vi giúp đánh giá vi sinh như thế nào?

Quan sát bùn dưới kính hiển vi có thể cung cấp thêm thông tin về:

Cấu trúc bông;

Vi khuẩn dạng sợi;

Protozoa;

Metazoa;

Trạng thái quần thể.

Không nên sử dụng kính hiển vi riêng lẻ

Kết quả cần kết hợp với:

DO;

MLSS;

SVI;

COD/BOD;

Amoni;

pH;

SRT;

Hiện tượng tại bể.

[HÌNH ẢNH 08 – SOI VI SINH]
Tên file:soi-vi-sinh-xu-ly-nuoc-thai.webp
ALT: Quan sát vi sinh bùn hoạt tính dưới kính hiển vi
Chú thích: Soi bùn giúp đánh giá cấu trúc bông và quần thể vi sinh khi kết hợp với dữ liệu vận hành.

Cách đánh giá hệ vi sinh xử lý nước thải

Không nên đánh giá chỉ bằng một chỉ tiêu.

Có thể xây dựng bảng theo dõi:

Quan trọng hơn giá trị đơn lẻ là xu hướng theo thời gian.

Những sai lầm thường gặp khi sử dụng vi sinh xử lý nước thải

Thấy COD cao là bổ sung vi sinh

COD cao có thể do chất khó phân hủy nên bổ sung vi sinh chưa chắc hiệu quả.

Vi sinh yếu là tăng thức ăn

Nếu nguyên nhân là thiếu oxy, tăng thêm carbon chỉ làm tình trạng nặng hơn.

Không kiểm tra chất độc đầu vào

Một đợt xả hóa chất có thể làm hệ vi sinh suy giảm nhanh.

Không xả bùn

Giữ càng nhiều bùn không đồng nghĩa xử lý càng tốt.

Xả quá nhiều bùn

Làm mất sinh khối và giảm SRT.

Chỉ nhìn màu bùn

Màu là dấu hiệu tham khảo, không phải phép phân tích đầy đủ.

Dùng chế phẩm thay cho vận hành

Chế phẩm không thể thay thế thiết kế, kiểm soát DO, pH, tải lượng và tuần hoàn bùn.

Cách tối ưu vi sinh xử lý nước thải

Muốn hệ sinh học ổn định, cần kiểm soát đồng thời nhiều yếu tố.

Ổn định tải đầu vào

Bể điều hòa giúp giảm sốc lưu lượng và nồng độ.

Duy trì oxy phù hợp

Blower nên được vận hành theo nhu cầu thay vì mặc định tối đa.

Kiểm soát pH

Đặc biệt quan trọng với nước thải công nghiệp.

Quản lý bùn

Cần kiểm soát:

Tuần hoàn;

Xả bùn;

MLSS;

SRT;

Khả năng lắng.

Theo dõi nitơ

Nếu hệ thống cần xử lý nitơ, phải đánh giá riêng cả vùng thiếu khí và hiếu khí.

Theo dõi dữ liệu

Một hệ thống có lịch sử:

Q → COD → DO → MLSS → SVI → NH₄ → nước đầu ra

sẽ dễ chẩn đoán hơn nhiều so với vận hành dựa vào quan sát cảm tính.

[HÌNH ẢNH 09 – TỐI ƯU VI SINH]
Tên file:toi-uu-vi-sinh-xu-ly-nuoc-thai.webp
ALT: Các yếu tố ảnh hưởng vi sinh xử lý nước thải
Chú thích: Tải lượng, DO, pH, dinh dưỡng và tuổi bùn cần được kiểm soát đồng thời.

Cách lựa chọn giải pháp vi sinh xử lý nước thải

Trình tự phù hợp nên là:

Nguồn nước → BOD/COD → Khả năng phân hủy sinh học → N/P → Chất ức chế → Công nghệ → Tải lượng → DO/pH → Sinh khối → Tuần hoàn/xả bùn → Theo dõi đầu ra

Nếu hệ thống gặp sự cố, trình tự chẩn đoán nên đi theo:

Đầu vào có thay đổi? → Thiết bị có hoạt động? → DO/pH có đúng? → Tải có quá cao? → Có chất độc? → Bùn có đủ? → Khả năng lắng? → Sau đó mới xem xét bổ sung vi sinh.

Cách tiếp cận này giúp tránh tình trạng sử dụng men vi sinh như một giải pháp chung cho mọi vấn đề.

Câu hỏi thường gặp về vi sinh xử lý nước thải

Vi sinh xử lý nước thải có tác dụng gì?

Vi sinh giúp chuyển hóa chất hữu cơ, nitơ và một số chất ô nhiễm có khả năng phân hủy sinh học.

Men vi sinh xử lý nước thải có cần bổ sung thường xuyên không?

Không nhất thiết. Một hệ sinh học ổn định có thể tự duy trì sinh khối. Việc bổ sung phụ thuộc vào tình trạng thực tế.

Vi sinh có xử lý được COD không?

Có thể xử lý phần COD có khả năng phân hủy sinh học. COD khó phân hủy có thể cần công nghệ khác.

Vi sinh có xử lý amoni được không?

Có. Các nhóm vi sinh nitrat hóa có thể chuyển hóa amoni trong điều kiện phù hợp.

Bể Aerotank cần vi sinh gì?

Aerotank chứa hệ bùn hoạt tính gồm nhiều nhóm vi sinh, trong đó có vi sinh dị dưỡng xử lý hữu cơ và các nhóm tham gia chuyển hóa nitơ.

MBBR có cần bổ sung vi sinh không?

MBBR cần quần thể vi sinh phát triển trên giá thể. Trong giai đoạn khởi động có thể sử dụng nguồn sinh khối phù hợp để hỗ trợ quá trình hình thành biofilm.

Vì sao bổ sung vi sinh nhưng COD vẫn cao?

Nguyên nhân có thể là COD khó phân hủy, thiếu oxy, pH không phù hợp, sốc tải, chất độc hoặc công nghệ không phù hợp.

Vi sinh chết có phục hồi được không?

Tùy mức độ. Trước tiên cần loại bỏ nguyên nhân gây sốc, khôi phục môi trường rồi mới đánh giá nhu cầu bổ sung sinh khối.

Bọt trắng có phải vi sinh chết không?

Không thể kết luận chỉ từ bọt trắng. Cần kiểm tra tải lượng, MLSS, DO, nước đầu vào và trạng thái vận hành.

Có cần cho mật rỉ đường vào bể vi sinh không?

Chỉ nên bổ sung nguồn carbon khi quá trình thực sự thiếu carbon và có cơ sở tính toán. Không nên châm mặc định.

Kết luận

Vi sinh xử lý nước thải là nền tảng của Aerotank, MBBR, SBR, MBR, Anoxic và nhiều quá trình sinh học khác. Vi sinh có thể xử lý chất hữu cơ, tham gia chuyển hóa amoni, nitrate và hỗ trợ giảm nhiều chất ô nhiễm khi được duy trì trong điều kiện phù hợp.

Tuy nhiên, hiệu quả sinh học không phụ thuộc vào lượng “men” được đổ vào bể mà phụ thuộc vào toàn bộ môi trường sống gồm tải lượng BOD/COD, DO, pH, nhiệt độ, dinh dưỡng, F/M, MLSS, SRT, tuần hoàn bùn và chất ức chế.

Khi hệ thống gặp sự cố, cần tìm nguyên nhân từ đầu vào, thiết bị xử lý nước thải, điều kiện bể và chế độ vận hành trước khi quyết định bổ sung chế phẩm. Đây là cách tiếp cận giúp hệ vi sinh ổn định lâu dài, giảm chi phí và khai thác đúng khả năng của công nghệ sinh học trong hệ thống xử lý nước thải.