Trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải, tình trạng thiếu tải hữu cơ là một vấn đề khá phổ biến, đặc biệt tại các nhà máy, cơ sở sản xuất, nhà hàng, khách sạn, trường học, phòng khám hoặc những công trình có lưu lượng nước thải thực tế thấp hơn nhiều so với công suất thiết kế. Khi lượng chất hữu cơ trong nước thải đầu vào thấp, vi sinh vật trong bể sinh học không nhận đủ nguồn thức ăn để duy trì hoạt động sinh trưởng bình thường.
Thiếu tải hữu cơ thường thể hiện qua các thông số như BOD thấp, COD thấp, tỷ lệ F/M thấp, sinh khối vi sinh suy giảm, MLSS và MLVSS giảm, bùn hoạt tính trở nên mịn, khó tạo bông hoặc lắng không tốt. Nếu tình trạng này kéo dài, hệ thống có thể mất ổn định và gặp khó khăn khi tải lượng ô nhiễm tăng trở lại.
Đối với các hệ thống xử lý nước thải sử dụng công nghệ bùn hoạt tính, Aerotank, AAO, SBR hoặc MBBR, việc kiểm soát tải hữu cơ là một phần quan trọng trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải. Không phải cứ tăng sục khí hoặc bổ sung nhiều chế phẩm vi sinh là có thể giải quyết tình trạng thiếu tải. Cần xác định đúng nguyên nhân và điều chỉnh chế độ vận hành phù hợp với tải thực tế.
Thiếu tải hữu cơ trong hệ thống xử lý nước thải là gì?
Thiếu tải hữu cơ là tình trạng lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học đi vào bể sinh học thấp hơn đáng kể so với lượng sinh khối vi sinh đang có trong hệ thống.
Hai chỉ tiêu thường được quan tâm là BOD và COD. Trong đó, BOD thể hiện lượng oxy cần thiết để vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học, còn COD phản ánh tổng lượng chất có khả năng bị oxy hóa về mặt hóa học.
Khi BOD/COD đầu vào giảm nhưng lượng bùn vi sinh vẫn được duy trì ở mức cao, tỷ lệ F/M (Food/Microorganism – tải lượng thức ăn trên lượng vi sinh) sẽ giảm. Nói đơn giản, hệ thống có quá nhiều vi sinh nhưng lại không có đủ thức ăn.
Đây là lý do tình trạng này thường được gọi là vi sinh bị đói.
Thiếu tải có thể xảy ra trong nhiều trường hợp:
- Công trình được thiết kế cho công suất lớn nhưng thực tế hoạt động dưới công suất.
- Nhà máy giảm sản xuất hoặc tạm ngừng sản xuất.
- Nhà hàng, khách sạn, trường học hoặc cơ sở dịch vụ có lượng người sử dụng thấp.
- Cơ sở chỉ hoạt động vài giờ mỗi ngày.
- Nước thải bị pha loãng quá nhiều bởi nước sạch hoặc nước mưa.
- Một phần dòng nước thải không đi vào hệ thống xử lý.
- Công trình mới vận hành nhưng chưa đạt tải thiết kế.
- Cơ sở nghỉ lễ, nghỉ Tết hoặc có thời gian ngừng hoạt động dài ngày.
Dấu hiệu nhận biết hệ thống xử lý nước thải bị thiếu tải hữu cơ
Không nên chỉ dựa vào một thông số để kết luận hệ thống thiếu tải. Cần kết hợp giữa chất lượng nước đầu vào, tình trạng bùn và chế độ vận hành.
Một số dấu hiệu thường gặp gồm:
BOD và COD đầu vào thấp
Đây là dấu hiệu trực tiếp nhất. Nếu lưu lượng nước thải vẫn có nhưng BOD/COD rất thấp, lượng thức ăn cung cấp cho vi sinh sẽ không đủ so với sinh khối hiện có.
MLSS và MLVSS giảm
Khi thiếu nguồn carbon trong thời gian dài, vi sinh vật sẽ chuyển sang sử dụng nguồn vật chất dự trữ trong tế bào để duy trì sự sống. Quá trình này làm sinh khối suy giảm và có thể khiến MLSS, đặc biệt là MLVSS, giảm theo thời gian.
Bùn mịn, khó tạo bông
Bùn hoạt tính khỏe thường tạo thành các bông bùn tương đối rõ, có khả năng kết tụ và lắng. Khi hệ thống thiếu tải kéo dài, cấu trúc bông bùn có thể thay đổi, xuất hiện bùn mịn hoặc hiện tượng pin-point floc.
Khi đó, nước sau bể lắng có thể bị đục nhẹ do các hạt bùn nhỏ không lắng hết.
SV30 và SVI thay đổi
Theo dõi SV30 và SVI giúp đánh giá khả năng lắng của bùn. Tuy nhiên, cần xem xét xu hướng thay đổi trong nhiều ngày thay vì chỉ dựa vào một lần đo.
Vi sinh hoạt động không ổn định
Khi tải hữu cơ quá thấp, hệ vi sinh không còn điều kiện phát triển sinh khối như bình thường. Nếu tiếp tục duy trì chế độ sục khí mạnh trong thời gian dài, lượng oxy cung cấp có thể vượt xa nhu cầu thực tế của hệ thống.
Vì sao không nên tăng sục khí khi hệ thống thiếu tải?
Một sai lầm khá phổ biến trong vận hành hệ thống xử lý nước thải là khi thấy vi sinh yếu thì tăng sục khí.
Tuy nhiên, trong trường hợp BOD/COD đầu vào thấp, việc tăng sục khí không giải quyết được nguyên nhân thiếu thức ăn.
Khi không đủ chất hữu cơ để sử dụng cho sinh trưởng, vi sinh vật có thể tăng cường quá trình hô hấp nội bào. Nói cách khác, sinh khối phải sử dụng chính vật chất dự trữ trong tế bào để duy trì hoạt động.
Nếu hệ thống tiếp tục được sục khí mạnh trong thời gian dài, quá trình này có thể làm sinh khối suy giảm nhanh hơn.
Do đó, mục tiêu khi xử lý tình trạng thiếu tải không phải là cung cấp càng nhiều oxy càng tốt mà là điều chỉnh lượng oxy và thời gian sục khí phù hợp với tải thực tế.
Cách khắc phục tình trạng thiếu tải hữu cơ trong hệ thống xử lý nước thải
- Điều chỉnh chế độ vận hành
Đây là biện pháp cần ưu tiên trước khi nghĩ đến việc bổ sung hóa chất hoặc chế phẩm vi sinh.
Có thể xem xét giảm cường độ hoặc thời gian sục khí nếu DO trong bể sinh học đang quá cao so với nhu cầu thực tế.
Đối với hệ thống xử lý nước thải thông thường, có thể điều chỉnh DO về khoảng 1,5–2 mg/L trong vùng hiếu khí, tùy theo công nghệ, yêu cầu xử lý amoni và đặc điểm nước thải.
Không nên áp dụng một giá trị DO cố định cho tất cả hệ thống. Với hệ thống cần nitrification mạnh, yêu cầu DO có thể khác so với hệ thống chỉ cần xử lý BOD.
Một số hệ thống có thể áp dụng chế độ chạy/nghỉ máy thổi khí thay vì chạy liên tục. Ví dụ, có thể thử nghiệm chu kỳ 15 phút chạy – 45 phút nghỉ, sau đó theo dõi DO, NH4, chất lượng bùn và nước đầu ra để điều chỉnh.
Đối với hệ thống MBBR, cần đặc biệt chú ý khả năng khuấy trộn của giá thể. Không nên giảm sục khí đến mức làm giá thể không chuyển động hoặc phân bố không đều trong bể.
- Điều chỉnh lượng bùn dư
Khi tải hữu cơ thấp nhưng lượng bùn trong hệ thống vẫn cao, có thể xem xét xả bùn dư để giảm lượng sinh khối.
Mục tiêu không phải là xả bùn càng nhiều càng tốt mà là đưa lượng bùn về mức phù hợp với tải thực tế.
Trong một số trường hợp có thể giảm MLSS khoảng 20–30% so với mức vận hành trước đó, sau đó theo dõi lại khả năng xử lý và chất lượng bùn.
Việc xả bùn cần dựa trên MLSS, MLVSS, SVI, F/M, tải BOD thực tế và yêu cầu công nghệ. Nếu xả quá nhiều, hệ thống có thể thiếu sinh khối khi tải tăng trở lại.
Duy trì khuấy trộn tại bể điều hòa và bể thiếu khí
Ngay cả khi tải thấp, bể điều hòa vẫn cần được khuấy trộn phù hợp để tránh chất rắn lắng xuống đáy.
Tại bể thiếu khí, khuấy trộn cần đủ để duy trì bùn và giá thể trong trạng thái phân tán, đồng thời hạn chế tình trạng lắng cặn và phát sinh vùng yếm khí ngoài kiểm soát.
Đặc biệt với hệ thống có tuần hoàn nitrate từ bể hiếu khí về bể thiếu khí, cần duy trì điều kiện khuấy trộn phù hợp để quá trình khử nitrate diễn ra ổn định.
Bổ sung nguồn carbon hữu cơ khi thiếu tải kéo dài
Nếu BOD/COD đầu vào quá thấp và tình trạng thiếu tải kéo dài, có thể cân nhắc bổ sung nguồn carbon hữu cơ dễ phân hủy.
Một số nguồn thường được sử dụng gồm:
- Mật rỉ đường (molasses).
- Glucose.
- Ethanol.
- Methanol.
- Các sản phẩm carbon thương mại dành cho xử lý nước thải.
Tuy nhiên, không nên bổ sung carbon theo kiểu ước lượng tùy tiện. Cần căn cứ vào tải lượng BOD/COD thực tế, MLSS, MLVSS, F/M và mục tiêu xử lý.
Nếu bổ sung quá nhiều carbon, hệ thống có thể chuyển từ thiếu tải sang sốc tải hữu cơ, làm tăng nhanh sinh khối, tăng nhu cầu oxy và tạo ra lượng bùn dư lớn.
Vì vậy, nguyên tắc là bổ sung từng bước, đo kiểm và điều chỉnh theo kết quả thực tế.
Bổ sung dinh dưỡng khi nước thải thiếu N và P
- Ngoài carbon, vi sinh vật còn cần nitrogen và phosphorus để sinh trưởng.
- Trong một số trường hợp, có thể tham khảo tỷ lệ dinh dưỡng BOD:N khoảng 100:5:1.
- Nếu nước thải thực tế thiếu nitrogen hoặc phosphorus, có thể sử dụng các nguồn bổ sung như urê hoặc DAP.
- Tuy nhiên, không nên mặc định mọi hệ thống đều phải bổ sung N và P. Cần kiểm tra thành phần nước thải trước khi quyết định.
Tăng tải đầu vào khi có thể
Nếu công trình có khả năng thu gom nước thải nhưng lưu lượng thực tế quá thấp, có thể tối ưu lại hệ thống thu gom.
Nước thải nên được tập trung về bể điều hòa thay vì phân tán hoặc thất thoát trên đường thu gom.
Đồng thời cần kiểm tra hiện tượng nước sạch, nước mưa hoặc nước ngầm xâm nhập vào hệ thống. Việc pha loãng làm giảm nồng độ BOD/COD và khiến tải hữu cơ thực tế thấp hơn nhiều so với thiết kế.
Nếu nguồn nước thải có thể tăng dần theo thời gian, nên tăng tải từ từ để hệ vi sinh thích nghi thay vì đưa một lượng lớn nước thải vào hệ thống trong thời gian ngắn.
Các thông số cần theo dõi khi hệ thống xử lý nước thải thiếu tải
Để đánh giá chính xác tình trạng vi sinh, nên theo dõi đồng thời nhiều thông số:
- Lưu lượng nước thải.
- BOD đầu vào.
- COD đầu vào.
- COD đầu ra.
- MLSS.
- MLVSS.
- SV30.
- SVI.
- DO.
- pH.
- NH4-N.
- NO2-N.
- NO3-N.
- Tình trạng bông bùn.
- Màu sắc và mùi của bùn.
- Khả năng lắng của bùn.
- Thời gian sục khí thực tế.
Đối với hệ thống có xử lý nitrogen, việc theo dõi NH4, NO2 và NO3 đặc biệt quan trọng. Không nên chỉ nhìn vào màu sắc bùn hoặc một lần đo SV30 để đánh giá toàn bộ hệ thống.
Có nên bổ sung men vi sinh khi hệ thống xử lý nước thải thiếu tải?
Chế phẩm vi sinh có thể được sử dụng như một biện pháp hỗ trợ trong một số trường hợp hệ thống suy yếu hoặc cần phục hồi nhanh.
Tuy nhiên, nếu nguyên nhân chính là thiếu BOD/COD, việc bổ sung thêm vi sinh không giải quyết được vấn đề nguồn thức ăn.
Nếu đưa thêm một lượng lớn vi sinh vào hệ thống nhưng tải hữu cơ vẫn thấp, lượng sinh khối tiếp tục phải cạnh tranh nguồn thức ăn hạn chế.
Do đó, cần xử lý nguyên nhân vận hành trước, sau đó mới cân nhắc chế phẩm vi sinh khi thực sự cần thiết.
Cách vận hành hệ thống XLNT khi cơ sở nghỉ dài ngày
Đối với nhà máy hoặc cơ sở có thời gian ngừng hoạt động dài ngày, không nên để hệ thống xử lý nước thải hoạt động giống như khi đang chạy đủ tải.
Nếu vẫn duy trì sục khí liên tục trong khi gần như không có nước thải và BOD/COD đầu vào, sinh khối có thể suy giảm do hô hấp nội bào.
Trong trường hợp này cần xây dựng chế độ vận hành tải thấp hoặc chế độ duy trì sinh khối phù hợp với từng công nghệ.
Khi cơ sở chuẩn bị hoạt động trở lại, nên đưa tải vào hệ thống theo từng bước. Có thể tham khảo mức tăng khoảng 10–15% tải/ngày, đồng thời theo dõi DO, NH4, COD, MLSS và khả năng lắng của bùn.
Con số này chỉ mang tính định hướng; tốc độ tăng tải thực tế phải phụ thuộc vào mức độ suy giảm của hệ vi sinh và đặc điểm từng hệ thống.
Những sai lầm thường gặp khi hệ thống xử lý thiếu tải
Một số lỗi thường gặp trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải gồm:
- Tăng sục khí tối đa: Không cung cấp thêm thức ăn cho vi sinh mà có thể làm tăng hô hấp nội bào.
- Bổ sung quá nhiều mật rỉ: Có thể gây tăng COD đột ngột, phát triển sinh khối quá nhanh và làm hệ thống mất cân bằng.
- Bổ sung men vi sinh liên tục: Không giải quyết được nguyên nhân nếu hệ thống thiếu nguồn carbon.
- Không kiểm tra BOD/COD đầu vào: Dẫn đến điều chỉnh hệ thống dựa trên cảm tính.
- Duy trì MLSS quá cao: Khi tải hữu cơ thấp, lượng sinh khối quá lớn so với thức ăn sẽ làm F/M giảm sâu.
- Xả bùn quá nhiều: Có thể khiến hệ thống thiếu sinh khối khi tải nước thải tăng trở lại.
- Không kiểm tra nước sạch hoặc nước mưa xâm nhập: Đây là một nguyên nhân thường bị bỏ qua khi BOD/COD đầu vào thấp bất thường.
Dịch vụ sửa chữa vận hành hệ thống xử lý nước thải
Thiếu tải hữu cơ trong hệ thống xử lý nước thải không đơn giản chỉ là vấn đề vi sinh yếu mà là sự mất cân đối giữa lượng thức ăn hữu cơ và lượng sinh khối đang tồn tại trong hệ thống.
Khi BOD/COD đầu vào thấp và F/M thấp, vi sinh vật có xu hướng giảm sinh trưởng và tăng hô hấp nội bào. Hậu quả có thể là MLSS/MLVSS giảm, bùn mịn, khả năng tạo bông và lắng suy giảm, đồng thời hệ thống khó thích nghi khi tải lượng tăng trở lại.
Giải pháp cần ưu tiên là điều chỉnh chế độ sục khí, kiểm soát MLSS, duy trì khuấy trộn, hạn chế pha loãng và tối ưu tải đầu vào. Nếu thiếu tải kéo dài, có thể cân nhắc bổ sung nguồn carbon dễ phân hủy hoặc dinh dưỡng sau khi đánh giá đúng nguyên nhân.
Quan trọng nhất, không nên áp dụng một công thức vận hành giống nhau cho tất cả hệ thống. Aerotank, MBBR, SBR, AAO hay các hệ thống kết hợp đều có đặc điểm khác nhau. Việc điều chỉnh cần dựa trên tải lượng thực tế, công suất thiết kế, MLSS/MLVSS, DO, BOD/COD và chất lượng nước đầu ra.
Đối với những hệ thống đang vận hành thực tế nhưng có tải thấp hơn nhiều so với công suất thiết kế, việc khảo sát và điều chỉnh đúng chế độ vận hành thường quan trọng hơn việc thay đổi công nghệ hoặc bổ sung hóa chất, men vi sinh một cách thiếu kiểm soát.