Vi sinh trong xử lý nước thải là một trong những yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả của các công trình xử lý sinh học. Trong nhiều hệ thống xử lý nước thải hiện nay, đặc biệt là hệ thống sử dụng bể hiếu khí, thiếu khí, MBBR, AAO hoặc các công nghệ bùn hoạt tính, vi sinh vật đảm nhiệm quá trình phân hủy và chuyển hóa các chất ô nhiễm có trong nước thải.
Nếu hệ vi sinh phát triển ổn định, bể sinh học có thể xử lý tốt các chất hữu cơ, amoni và một phần các hợp chất nitơ. Ngược lại, khi vi sinh bị suy yếu hoặc chết hàng loạt, hiệu quả xử lý có thể giảm nhanh, dẫn đến các hiện tượng như COD, BOD tăng, NH4 tăng, bùn khó lắng, nước sau xử lý đục hoặc xuất hiện mùi bất thường.
Vì vậy, việc hiểu đúng vai trò của vi sinh và bổ sung vi sinh đúng cách sẽ giúp hệ thống xử lý nước thải hoạt động ổn định hơn, giảm chi phí vận hành và hạn chế các sự cố phát sinh.
Vi sinh trong xử lý nước thải là gì?
Vi sinh trong xử lý nước thải là tập hợp các vi sinh vật có khả năng sử dụng các chất hữu cơ và một số hợp chất vô cơ trong nước thải để sinh trưởng, phát triển và chuyển hóa chúng thành các sản phẩm đơn giản hơn.
Các nhóm vi sinh vật thường gặp trong hệ thống xử lý nước thải gồm vi khuẩn dị dưỡng, vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn khử nitrat và nhiều nhóm vi sinh vật khác.
Tùy vào điều kiện môi trường mà mỗi nhóm vi sinh có vai trò khác nhau. Chẳng hạn, vi sinh vật dị dưỡng chủ yếu phân hủy chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học. Trong khi đó, nhóm vi khuẩn nitrat hóa tham gia quá trình chuyển hóa amoni thành nitrit và nitrat trong điều kiện có oxy.
Trong các hệ thống xử lý nước thải có công đoạn thiếu khí, nhóm vi sinh khử nitrat có thể sử dụng nguồn carbon để chuyển nitrat thành khí nitơ, góp phần giảm tổng nitơ trong nước sau xử lý.
Vai trò của vi sinh trong xử lý nước thải
Phân hủy chất hữu cơ
Một trong những vai trò quan trọng nhất của vi sinh là phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải.
Các chỉ tiêu như BOD và COD thường được sử dụng để đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ của nước thải. Trong bể sinh học, vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ làm nguồn carbon và năng lượng để sinh trưởng.
Trong điều kiện hiếu khí, quá trình này cần được cung cấp oxy thông qua hệ thống máy thổi khí và đĩa phân phối khí hoặc ống phân phối khí.
Khi lượng vi sinh phù hợp với tải lượng ô nhiễm, quá trình phân hủy hữu cơ diễn ra ổn định, giúp giảm BOD và COD trước khi nước được đưa sang các công đoạn xử lý tiếp theo.
Chuyển hóa amoni
Vi sinh vật còn đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý amoni.
Trong điều kiện hiếu khí, nhóm vi khuẩn nitrat hóa chuyển hóa amoni thành nitrit và sau đó thành nitrat. Quá trình này thường được gọi là quá trình nitrification.
Đây là lý do tại sao các hệ thống xử lý nước thải có yêu cầu xử lý NH4 cần duy trì môi trường phù hợp cho nhóm vi sinh nitrat hóa phát triển.
Nhóm vi sinh này thường nhạy cảm hơn với sự thay đổi đột ngột của pH, nhiệt độ, tải lượng ô nhiễm và các chất độc trong nước thải. Vì vậy, khi hệ thống bị sốc tải hoặc có hóa chất ức chế vi sinh đi vào bể sinh học, khả năng xử lý amoni có thể giảm rõ rệt.
Hỗ trợ xử lý nitơ
Trong hệ thống có cả bể thiếu khí và hiếu khí, vi sinh tham gia nhiều bước trong chu trình nitơ.
Nitơ amoni được chuyển hóa thành nitrit, nitrat ở vùng hiếu khí. Sau đó, nước có chứa nitrat được tuần hoàn về bể thiếu khí. Tại đây, vi sinh khử nitrat sử dụng nguồn carbon thích hợp để chuyển nitrat thành khí nitơ và giải phóng ra môi trường.
Do đó, việc bố trí tuần hoàn nitrat giữa bể hiếu khí và bể thiếu khí có thể giúp tăng hiệu quả xử lý tổng nitơ.
Tuy nhiên, chỉ bổ sung nhiều chế phẩm vi sinh không đồng nghĩa với việc tổng nitơ sẽ giảm. Hệ thống còn phụ thuộc vào tải lượng carbon, thời gian lưu, tỷ lệ tuần hoàn, điều kiện thiếu khí và khả năng hoạt động thực tế của quần thể vi sinh.
Khi nào cần bổ sung vi sinh cho hệ thống xử lý nước thải?
Không phải hệ thống xử lý nước thải nào cũng cần bổ sung vi sinh liên tục.
Thông thường, việc bổ sung vi sinh có thể được xem xét trong các trường hợp sau:
- Hệ thống mới đưa vào vận hành và cần gây men vi sinh ban đầu.
- Bể sinh học vừa được vệ sinh hoặc hút bùn làm giảm lượng sinh khối.
- Vi sinh bị chết do hệ thống ngừng hoạt động trong thời gian dài.
- Nước thải đầu vào thay đổi đột ngột về tải lượng.
- Hệ thống bị sốc hóa chất hoặc xuất hiện chất có khả năng gây ức chế vi sinh.
- Bùn sinh học phát triển yếu hoặc không duy trì được nồng độ sinh khối cần thiết.
- Hệ thống cần khôi phục nhanh sau sự cố vận hành.
- Chỉ tiêu BOD, COD hoặc NH4 tăng bất thường và nguyên nhân được xác định có liên quan đến sinh khối.
Ngược lại, nếu hệ thống đang vận hành ổn định, bùn sinh học phát triển tốt và các chỉ tiêu đầu ra đạt yêu cầu thì không nhất thiết phải bổ sung chế phẩm vi sinh thường xuyên.
Các loại vi sinh thường sử dụng trong xử lý nước thải
Trên thị trường hiện có nhiều loại chế phẩm vi sinh xử lý nước thải với thành phần và mục đích sử dụng khác nhau.
Một số sản phẩm tập trung vào nhóm vi sinh phân hủy chất hữu cơ. Một số khác được quảng bá cho xử lý amoni, nitơ, dầu mỡ hoặc mùi.
Khi lựa chọn chế phẩm vi sinh, không nên chỉ dựa vào tên sản phẩm hoặc mật độ vi sinh được quảng cáo. Cần xem xét đặc điểm nước thải, công nghệ xử lý, tải lượng ô nhiễm và điều kiện vận hành thực tế.
Đối với hệ thống MBBR, vi sinh thường phát triển dưới dạng màng sinh học bám trên giá thể. Khi đó, việc bổ sung chế phẩm vi sinh ban đầu chỉ là một phần của quá trình khởi động. Quan trọng hơn là duy trì điều kiện phù hợp để màng vi sinh phát triển và ổn định trên giá thể.
Cách bổ sung vi sinh cho bể xử lý nước thải
Cách bổ sung vi sinh cần căn cứ vào thể tích bể, loại chế phẩm, nồng độ ô nhiễm và tình trạng thực tế của hệ thống.
Trước khi bổ sung, nên kiểm tra một số thông số cơ bản như pH, nhiệt độ, tải lượng nước thải, BOD, COD, NH4 và tình trạng bùn hoặc giá thể sinh học.
Nếu pH quá thấp hoặc quá cao, cần xử lý nguyên nhân trước khi bổ sung vi sinh. Việc đưa một lượng lớn chế phẩm vào môi trường không phù hợp thường không mang lại hiệu quả như mong muốn.
Đối với hệ thống mới, có thể tiến hành gây men bằng cách đưa chế phẩm vào bể sinh học theo hướng dẫn của nhà sản xuất. Sau đó duy trì sục khí, tuần hoàn và cấp nước thải với tải lượng phù hợp để vi sinh thích nghi dần.
Đối với hệ thống MBBR, cần đặc biệt chú ý đến giá thể. Giá thể phải được phân bố phù hợp, có khả năng tiếp xúc với nước và oxy. Nếu hệ thống sử dụng giỏ inox chứa giá thể hoặc giá thể cố định trong bể, cần bảo đảm nước và khí có thể tiếp xúc đầy đủ với bề mặt giá thể.
Có nên bổ sung vi sinh mỗi ngày không?
Không phải cứ bổ sung vi sinh mỗi ngày thì hiệu quả xử lý sẽ tốt hơn.
Khi quần thể vi sinh đã phát triển ổn định, hệ thống có khả năng tự duy trì sinh khối thông qua quá trình sinh trưởng và phân chia. Việc bổ sung thêm chế phẩm liên tục nhưng không kiểm soát tải lượng có thể làm tăng chi phí vận hành mà không mang lại hiệu quả tương ứng.
Quan trọng hơn là phải duy trì điều kiện sống phù hợp cho vi sinh.
Các yếu tố cần kiểm soát gồm:
- pH phù hợp.
- Có đủ oxy trong vùng hiếu khí.
- Có đủ nguồn carbon cho quá trình xử lý cần thiết.
- Không để hóa chất độc hại đi vào bể sinh học với nồng độ cao.
- Duy trì thời gian lưu phù hợp.
- Kiểm soát lượng bùn và sinh khối.
- Đảm bảo hệ thống phân phối khí hoạt động ổn định.
- Đối với hệ thống xử lý nitơ, cần kiểm soát tuần hoàn và điều kiện thiếu khí.
Những nguyên nhân làm vi sinh chết hoặc hoạt động yếu
Trong thực tế vận hành hệ thống xử lý nước thải, vi sinh yếu không phải lúc nào cũng do thiếu chế phẩm.
Một số nguyên nhân phổ biến gồm nước thải chứa hóa chất độc, pH biến động mạnh, tải lượng hữu cơ tăng đột ngột, thiếu oxy, thiếu nguồn carbon hoặc hệ thống bị ngừng hoạt động quá lâu.
Ngoài ra, việc sục khí quá mạnh hoặc quá lâu cũng có thể làm thay đổi điều kiện vận hành của các công đoạn thiếu khí. Với hệ thống xử lý nitơ, cần phân biệt rõ vùng hiếu khí và vùng thiếu khí thay vì chỉ tăng lượng khí để cố gắng cải thiện tất cả các chỉ tiêu.
Do đó, trước khi bổ sung vi sinh, cần xác định nguyên nhân khiến hệ thống xử lý không đạt.
Bổ sung vi sinh cần kết hợp với vận hành hệ thống
Vi sinh chỉ hoạt động hiệu quả khi toàn bộ hệ thống được vận hành phù hợp.
Ví dụ, nếu bể hiếu khí thiếu oxy thì vi sinh hiếu khí khó phát triển. Nếu bể thiếu khí bị sục khí quá mạnh thì điều kiện khử nitrat có thể bị ảnh hưởng. Nếu nước thải thiếu nguồn carbon thì quá trình khử nitrat cũng có thể bị hạn chế dù lượng vi sinh được bổ sung khá lớn.
Đối với hệ thống MBBR, cần kiểm tra sự chuyển động của giá thể, lượng khí cấp và tình trạng màng sinh học. Đối với hệ thống bùn hoạt tính, cần quan sát màu bùn, khả năng lắng và nồng độ sinh khối.
Vì vậy, chế phẩm vi sinh không phải là giải pháp thay thế cho việc thiết kế đúng và vận hành đúng hệ thống xử lý nước thải.
Khi nào cần kiểm tra và xử lý thay vì chỉ bổ sung vi sinh?
Nếu nước sau xử lý liên tục không đạt, cần tìm nguyên nhân trước khi tiếp tục tăng liều chế phẩm.
Có thể kiểm tra theo trình tự:
- Kiểm tra lưu lượng nước thải thực tế.
- Kiểm tra pH và nhiệt độ.
- Kiểm tra BOD, COD và NH4.
- Kiểm tra DO tại bể hiếu khí.
- Kiểm tra tình trạng bùn hoặc màng vi sinh.
- Kiểm tra hệ thống phân phối khí.
- Kiểm tra tỷ lệ tuần hoàn giữa các bể.
- Kiểm tra khả năng xuất hiện hóa chất gây ức chế vi sinh.
- Xác định lại tải lượng ô nhiễm thực tế.
- Sau đó mới quyết định có cần bổ sung chế phẩm vi sinh hay không.
Cách làm này giúp tránh tình trạng hệ thống xử lý gặp vấn đề về thiết kế, sục khí, tuần hoàn hoặc tải lượng nhưng lại chỉ tăng lượng vi sinh.
Hệ thống xử lý nước thải đang gặp sự cố?
Xanh Gia Phát nhận khảo sát, sửa chữa, bảo trì và cải tạo hệ thống xử lý nước thải tại TP.HCM.
- Hệ thống xử lý không đạt
- Bơm, blower, tủ điện gặp sự cố
- Nước sau xử lý bị đục, có mùi
- Bể sinh học hoạt động không ổn định
- Cần cải tạo hoặc nâng cấp hệ thống
Cần kiểm tra hệ thống? Liên hệ để được tư vấn và báo giá.
Kết luận về vai trò vi sinh trong hệ thống xử lý nước thải
Vi sinh trong xử lý nước thải giữ vai trò quan trọng trong quá trình phân hủy chất hữu cơ, xử lý amoni và chuyển hóa nitơ. Tuy nhiên, hiệu quả của hệ vi sinh phụ thuộc vào nhiều yếu tố như pH, oxy, nguồn carbon, nhiệt độ, tải lượng ô nhiễm và điều kiện vận hành của từng công đoạn.
Bổ sung vi sinh có thể cần thiết khi khởi động hệ thống, phục hồi sau sự cố hoặc khi sinh khối bị suy giảm. Tuy nhiên, không nên xem chế phẩm vi sinh là giải pháp duy nhất cho mọi trường hợp nước thải không đạt.
Đối với các hệ thống xử lý nước thải đang vận hành thực tế, cần kiểm tra nguyên nhân trước khi quyết định bổ sung vi sinh. Việc đánh giá đúng tình trạng bể sinh học, hệ thống sục khí, tuần hoàn, giá thể và tải lượng ô nhiễm sẽ giúp lựa chọn phương án xử lý phù hợp, tiết kiệm chi phí và duy trì hệ thống ổn định lâu dài.