Vai trò của hệ thống xử lý nước thải vi sinh

Hệ thống xử lý nước thải vi sinh là tập hợp gồm nhiều vi sinh vật khác nhau nhưng chúng có vai trò không thể thiếu trong các quy trình xử lý nước thải trong môi trường tự nhiên và môi trường nhân tạo. Trong nội dưới đây, chúng ta hãy cùng tìm hiểu thông tin chi tiết hơn. 

Vai trò của hệ thống vi sinh trong xử lý nước thải

1. Vai trò của hệ thống xử lý nước thải vi sinh

Hệ thống vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước thải nhờ khả năng phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ. Dưới đây là vai trò của các vi sinh vật kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí trong hệ thống xử lý nước thải.

1.1. Hệ thống vi sinh vật kỵ khí

Vi sinh vật kỵ khí đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải, đặc biệt là trong quá trình phân hủy chất hữu cơ mà không cần oxy. Dưới đây là các vai trò chính của vi sinh vật kỵ khí trong xử lý nước thải:

Phân hủy chất hữu cơ và giảm ô nhiễm

  • Vi sinh vật kỵ khí phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong nước thải thành các sản phẩm đơn giản hơn như axit béo, CO₂, H₂ và CH₄ (khí methane).
  • Giúp giảm hàm lượng BOD (nhu cầu oxy sinh học) và COD (nhu cầu oxy hóa học), làm sạch nước thải.

Xử lý nước thải có tải lượng hữu cơ cao

  • Hệ thống xử lý kỵ khí được áp dụng hiệu quả cho nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao như: Nước thải công nghiệp thực phẩm, chăn nuôi, chế biến thủy sản, nước thải sinh hoạt với nồng độ chất hữu cơ lớn.
  • Quá trình kỵ khí giúp tiết kiệm năng lượng hơn so với quá trình hiếu khí do không cần cung cấp oxy.

Tạo khí sinh học (biogas)

  • Trong quá trình phân hủy kỵ khí, vi khuẩn methanogens (Methanobacterium, Methanosarcina) chuyển hóa axit béo và H₂ thành khí methane (CH₄), khí này có thể được thu hồi và sử dụng làm nguồn năng lượng tái tạo.
  • Ngoài ra, khí metan tạo ra trong bể bùn có thể được tận dụng làm chất đốt cháy thay thế nhiên liệu hoặc khí gas trong sinh hoạt hằng ngày.

Giảm lượng bùn thải

  • Quá trình kỵ khí sản sinh ít bùn sinh học hơn so với quá trình hiếu khí, giúp giảm chi phí xử lý bùn thải.
  • Bùn kỵ khí có thể được sử dụng để sản xuất phân bón hữu cơ.

Xử lý hợp chất nitơ và các chất ô nhiễm khác

  • Vi khuẩn khử nitrat kỵ khí (Denitrifying bacteria) chuyển hóa nitrat (NO₃⁻) thành khí nitơ (N₂), giúp loại bỏ nitơ khỏi nước thải.
  • Một số vi khuẩn kỵ khí có khả năng phân hủy hợp chất khó phân hủy như: Các hợp chất clo hữu cơ (thuốc trừ sâu, dung môi công nghiệp).

Bể kỵ khí trong hệ thống xử lý nước thải

1.2. Hệ thống vi sinh vật thiếu khí

Vi sinh vật thiếu khí đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải, đặc biệt trong các quá trình xử lý nitơ và các hợp chất hữu cơ trong điều kiện có mặt nitrat (NO₃⁻) hoặc sulfate (SO₄²⁻) thay cho oxy. Dưới đây là những vai trò chính của vi sinh vật thiếu khí:

Khử Nitrat – Loại bỏ Nitơ trong Nước thải

  • Vi khuẩn thiếu khí sử dụng nitrat (NO₃⁻) hoặc nitrit (NO₂⁻) thay thế oxy để hô hấp.
  • Quá trình này giúp chuyển nitrat thành khí nitơ (N₂), giải phóng ra môi trường, giảm hiện tượng phú dưỡng nước.
  • Vi khuẩn tiêu biểu: Pseudomonas, Paracoccus, Bacillus.
  • Phương trình phản ứng tổng quát:

Phân hủy Chất hữu cơ trong Điều kiện Thiếu khí

  • Vi khuẩn thiếu khí có thể phân hủy một số hợp chất hữu cơ mà không cần oxy, sử dụng nitrat hoặc sulfate làm chất nhận điện tử thay thế.
  • Giúp giảm BOD, COD trong nước thải mà không cần sục khí như quá trình hiếu khí.

Khử Sulfate – Giảm Ô nhiễm Lưu huỳnh

  • Một số vi khuẩn thiếu khí có thể sử dụng sulfate (SO₄²⁻) thay cho oxy để chuyển hóa thành khí hydro sulfua (H₂S).
  • Vi khuẩn tiêu biểu: Desulfovibrio, Desulfobacter.
  • Quá trình này giúp xử lý nước thải công nghiệp chứa lưu huỳnh nhưng có thể tạo ra H₂S – khí có mùi trứng thối, cần kiểm soát chặt chẽ.

Xử lý Phốtpho Kết hợp Thiếu khí – Hiếu khí

  • Một số vi khuẩn tích lũy phốt phát (PAOs – Polyphosphate Accumulating Organisms) có thể hấp thụ phốt pho trong điều kiện thiếu khí và lưu trữ dưới dạng polyphosphate.
  • Trong điều kiện hiếu khí, chúng sử dụng năng lượng này để tăng sinh khối và giúp loại bỏ phốt pho ra khỏi nước thải.

Bể thiếu khí trong hệ thống xử lý nước thải

1.3. Hệ thống vi sinh vật hiếu khí

Vi sinh vật hiếu khí đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý nước thải nhờ khả năng phân hủy chất hữu cơ, oxy hóa các chất ô nhiễm và xử lý dinh dưỡng (nitơ, phốt pho) trong môi trường có oxy. Dưới đây là những vai trò chính:

Phân hủy chất hữu cơ (Giảm BOD, COD)

  • Vi khuẩn hiếu khí sử dụng oxy để oxy hóa các hợp chất hữu cơ thành CO₂, H₂O và sinh khối mới.
  • Giúp giảm hàm lượng BOD (Nhu cầu oxy sinh học) và COD (Nhu cầu oxy hóa học), làm sạch nước thải.

Xử lý Nitơ – Quá trình Nitrat hóa

  • Vi khuẩn hiếu khí oxy hóa amoni (NH₄⁺) thành nitrat (NO₃⁻) trong nước thải qua hai giai đoạn: Oxy hóa Amoni (NH₄⁺ → NO₂⁻): Vi khuẩn Nitrosomonas và Oxy hóa Nitrit (NO₂⁻ → NO₃⁻): Vi khuẩn Nitrobacter.
  • Giúp giảm ô nhiễm nitơ, hạn chế hiện tượng phú dưỡng nước.

Loại bỏ Phốt pho bằng vi khuẩn tích lũy polyphosphate (PAOs)

  • Một số vi khuẩn hiếu khí có khả năng hấp thụ phốt pho (P) dư thừa trong nước thải và lưu trữ dưới dạng polyphosphate nội bào.
  • Sau đó, vi khuẩn này có thể bị loại bỏ khỏi hệ thống thông qua bùn thải, giúp giảm phốt pho trong nước đầu ra.
  • Vi khuẩn tiêu biểu: Acinetobacter, Pseudomonas, Aeromonas.

Tạo bùn hoạt tính trong hệ thống xử lý sinh học

  • Vi khuẩn hiếu khí kết hợp với nhau tạo thành bông bùn hoạt tính, giúp hấp thụ và phân hủy chất ô nhiễm.
  • Hệ thống bùn hoạt tính được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải công nghiệp và sinh hoạt.
  • Giúp tăng hiệu suất xử lý nước và lắng cặn tốt hơn.

Xử lý các hợp chất độc hại

  • Vi khuẩn hiếu khí có thể phân hủy một số hợp chất khó xử lý như:
  • Dầu mỡ, chất tẩy rửa, phenol, hợp chất clo hữu cơ.
  • Chất ô nhiễm trong nước thải công nghiệp (ví dụ: nước thải dệt nhuộm, chế biến thực phẩm, chăn nuôi, y tế).

Bể hiếu khí trogn xử lý nước thải

Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống xử lý nước thải vi sinh

Hệ thống xử lý nước thải vi sinh thường rất nhạy cảm với những sự thay đổi của môi trường và thường chịu tác động của nhiều yếu tố, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất phân hủy chất ô nhiễm, tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật và sự ổn định của quá trình xử lý. Dưới đây là một số yếu tố thường gặp:

Hàm lượng oxy hòa tan (DO – Dissolved Oxygen)

  • Ảnh hưởng đến vi sinh vật hiếu khí, thiếu khí và kỵ khí:
  • Vi sinh vật hiếu khí cần DO > 2 mg/L để hoạt động tốt.
  • Vi sinh vật thiếu khí cần DO khoảng 0,2 – 0,5 mg/L (để thực hiện quá trình khử nitrat).
  • Vi sinh vật kỵ khí hoạt động tốt khi DO ≈ 0 mg/L.
  • Nếu DO không phù hợp, hệ vi sinh có thể bị ức chế hoặc chết, ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý.

Nhiệt độ

  • Nhiệt độ ảnh hưởng đến tốc độ sinh trưởng và hoạt động của vi sinh vật:
  • Khoảng tối ưu: 20 – 35°C.
  • Dưới 10°C, quá trình xử lý sinh học chậm lại.
  • Trên 40°C, nhiều vi khuẩn có thể bị chết, trừ vi khuẩn ưa nhiệt.

pH và độ kiềm

  • Khoảng pH tối ưu: 6,5 – 8,5.
  • pH quá thấp (< 6) hoặc quá cao (> 9) có thể gây sốc và giết chết vi sinh vật.
  • Trong hệ thống kỵ khí, pH tối ưu là 6,8 – 7,2, nếu pH < 6,5 có thể làm tích tụ axit và ức chế vi khuẩn tạo khí methane

Chất dinh dưỡng (Tỷ lệ BOD:N:P)

  • Vi sinh vật cần đủ chất dinh dưỡng để sinh trưởng và phân hủy chất hữu cơ.
  • Tỷ lệ thích hợp giữa các chất: BOD:N:P = 100:5:1 (tỷ lệ tối ưu cho quá trình sinh trưởng vi sinh).
  • Nếu thiếu nitơ (N) hoặc phốt pho (P), vi khuẩn không thể phát triển tốt và hiệu suất xử lý giảm.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý nước thải

Tải trọng hữu cơ (F/M – Food to Microorganism Ratio)

  • F/M = (Lượng chất hữu cơ đầu vào) / (Lượng vi sinh vật).
  • Nếu tải trọng quá cao: Vi sinh vật không xử lý kịp, gây quá tải hệ thống.
  • Nếu tải trọng quá thấp: Vi khuẩn có thể bị thiếu dinh dưỡng, dẫn đến chết hoặc giảm hoạt động.
  • Giá trị tối ưu: 0,2 – 0,5 kg BOD/kg MLSS/ngày (tùy vào công nghệ xử lý).

Thời gian lưu nước 

  • Là thời gian nước thải lưu lại trong hệ thống sinh học.
  • HRT quá ngắn: Vi sinh vật không đủ thời gian xử lý nước thải.
  • HRT quá dài: Gây lãng phí không gian và có thể tạo ra bùn dư.

Lượng bùn vi sinh và tuổi bùn

  • Nồng độ bùn vi sinh trong hệ thống bùn hoạt tính ảnh hưởng đến khả năng xử lý.
  • Nếu MLSS quá thấp: Vi khuẩn không đủ để xử lý nước thải.
  • Nếu MLSS quá cao: Bùn có thể bị già, giảm hiệu suất xử lý.
  • Vi sinh vật non, chưa phát triển đủ, xử lý kém.
  • Vi sinh vật già, giảm khả năng xử lý và lắng.

Chất độc và kim loại nặng

  • Một số chất trocó thể gây ức chế hoặc tiêu diệt vi sinh vật:
  • Kim loại nặng (Pb, Hg, Cu, Zn): Ức chế enzyme, làm giảm tốc độ xử lý.
  • Chất tẩy rửa, hóa chất độc hại (Phenol, Clo, Ammonia cao): Gây độc cho vi sinh vật.
  • Dầu mỡ quá nhiều: Cản trở sự tiếp xúc giữa vi sinh vật và chất ô nhiễm.

Trên đây là một số thông tin về hệ thống xử lý nước thải vi sinh. Nếu Quý Khách đang có nhu cầu xử lý nước thải, hãy liên hệ Hotline 0938.857.768 để được Công ty dịch vụ xử lý nước thải tư vấn thông tin chi tiết hơn về kỹ thuật hoặc chi phí đầu tư.