Sử dụng vi sinh vật xử lý nước thải là cách lợi dụng khả năng loại bỏ chất ô nhiễm của những sinh vật đơn bào có kích thước vô cùng nhỏ và chỉ quan sát bằng mắt thường. Vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong hệ thống xử lý nước thải, chúng là thành phần không thể thiếu trong việc chuyển hóa không ngừng và phát triển liên tục bằng cách chuyển hóa chất hữu cơ trong nước thải.
1. Sự phân bố của vi sinh vật trong môi trường nước
Vi sinh vật (VSV) xuất hiện khắp mọi nơi trong môi trường nước, sự phân bố của chúng không đồng đều tùy thuộc vào đặc trưng và tính chất của từng nguồn khác nhau. Môi trường sống lý tưởng sẽ giúp cho quá trình sinh trưởng của chúng diễn ra thuận lợi làm tăng quá trình xử lý nước thải và giúp giảm hàm lượng chất ô nhiễm. Một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nguồn vi sinh vật gồm chất hữu cơ, nhiệt độ, nồng độ pH.
Đây là giải pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa vào sự kích thích của chủng VSV, chất dinh dưỡng và nguồn oxy vào nguồn nước thải nhằm tăng quá trình hoạt hóa của các chủng VSV. Điều này giúp đẩy nhanh tiến trình phân hủy chất hữu cơ trong nguồn nước, đảm bảo nguồn nước thải đầu ra luôn đạt các chỉ tiêu cho phép.
Dưới đây là một số môi trường nước mà vi sinh vật có thể sinh sống:
- Nước nguyên chất: Vi sinh vật ít phát triển vì môi trường này ít chất dinh dưỡng
- Nước ngọt: vi sinh vật phân bố đều
- Nước ngầm hoặc nước suối: ít VSV vì nghèo chất dinh dưỡng
- Nước sông, ao, hồ: VSV phát triển mạnh vì giàu chất dinh dưỡng
- Nước sinh hoạt: ngoài VSV có thêm vi khuẩn, vi sinh gây bệnh nên chúng chỉ tồn tại ở thời gian nhất định
- Nước mặn: VSV phát triển khá chậm vì VSV phân hủy chất dinh dưỡng ở nồng độ thấp
- Nước biển: VSV có thể chịu được nhiệt độ từ 0 – 40 độ C, có khả năng chịu được nhiệt độ thấp
2. Vai trò của vi sinh vật xử lý nước thải
Khi nguồn nước thải chưa được xử lý những vẫn thải vào môi trường sẽ được vi sinh vật sử dụng chất ô nhiễm thành nguồn thức ăn. Chúng tiến hành phân hủy chất hữu cơ trong nước thải làm nguyên liệu chính để tổng hợp tế bào mới để duy trì quá trình sinh trưởng và phát triển. Thông qua bề mặt tế bào, chúng có thể hấp thu một lượng lớn chất hữu cư. Song song, chất hữu cơ không được đồng hóa thành tế bào thì tốc độ hấp thụ xuống số 0.
Vi sinh vật được chia làm 2 nhóm chính:
- Vi sinh vật dị dưỡng: phân hủy chất hữu cơ thành năng lượng và CO2 cung cấp cho các phản ứng sinh học.
- Vi sinh vật tự dưỡng: VSV oxy hóa chất vô cơ để tái tạo năng lượng và CO2 để cung cấp cho quá trình oxy hóa.
Môi trường sống lý tưởng nhất của VSV đó là bùn hoạt tính. Bùn hoạt tính là tập hợp của rất nhiều loài VSV khác nhau. Bông bùn hoạt tính có màu vàng nâu, dễ lắng, kích thước từ 3 – 150 pm có thể hấp thụ và phân hủy chất hữu cơ với sự có mặt của oxy. Các loài vi sinh vật sống trong bùn hoạt tính gồm vi khuẩn, nấm men, động vật nguyên sinh,… Đặc biệt, bùn hoạt tính có sự xuất hiện của vi khuẩn hiếu khí, vi khuẩn tùy nghi và hiếu khí.
3. Phân loại vi sinh vật
Các loại vi sinh vật phổ biến tham gia vào quá trình xử lý nước thải bao gồm: vi sinh vật kỵ khí, vi sinh vật thiếu khí và vi sinh vật hiếu khí
3.1. Vi sinh vật kỵ khí
Vi sinh vật kỵ khí có khả năng chuyển hóa các hợp chất hữu cơ như protein, chất béo, carbohydrate… thành khí metan (CH₄) và khí carbonic (CO₂) thông qua các giai đoạn: thủy phân, axit hóa, axetat hóa và methan hóa. Đây là quá trình chính trong hệ thống xử lý kỵ khí như UASB, Biogas, Septic, AnMBR…
Vi sinh vật kỵ khí trải qua giai đoạn xử lý nước thải bằng cách phân hủy chất hữu cơ và vô cơ trong điều kiện môi trường không có oxy. Vi sinh vật phân hủy kỵ khí gồm những bước xử lý dưới đây:
- Thủy phân
- Lên mên
- Acid axetic
- Methane hóa
Một số vai trò của vi sinh vật kỵ khí trong xử lý nước thải phải kể đến là:
- Giúp giảm thiểu bùn thải: So với quá trình hiếu khí, xử lý kỵ khí tạo ra ít bùn sinh học hơn, giúp giảm chi phí xử lý và vận hành bùn thải về sau.
- Tạo ra năng lượng tái tạo (Biogas): Trong quá trình phân hủy, vi sinh vật kỵ khí sinh ra khí metan (CH₄) – một nguồn năng lượng có thể thu hồi và sử dụng để sản xuất điện, sưởi ấm hoặc vận hành thiết bị trong nhà máy xử lý nước thải.
- Xử lý nước thải có tải lượng ô nhiễm cao: Hệ thống kỵ khí phù hợp để xử lý nước thải có nồng độ COD, BOD cao như nước thải ngành thực phẩm, chế biến tinh bột, rượu bia, chăn nuôi…
- Giúp tiết kiệm năng lượng: Do không cần cấp khí, quá trình xử lý bằng vi sinh kỵ khí tiết kiệm năng lượng, ít thiết bị cơ khí và hoạt động ổn định nếu được vận hành đúng kỹ thuật.
3.2. Vi sinh vật thiếu khí
Trong quá trình xử lý nước thải, vi sinh vật thiếu khí (vi sinh vật hoạt động trong điều kiện có mặt nitrat nhưng không có oxy hòa tan – còn gọi là điều kiện anoxic) đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình khử nitrat (quá trình khử nitrat thành khí nitơ – N₂). Dưới đây là vai trò cụ thể của nhóm vi sinh vật này:
Khử nitrat (NO₃⁻) thành khí nitơ (N₂)
- Vi sinh vật thiếu khí sử dụng nitrat (NO₃⁻) hoặc nitrit (NO₂⁻) làm chất nhận electron thay cho oxy.
- Quá trình này gọi là khử nitrat (denitrification), giúp loại bỏ nitơ khỏi nước thải dưới dạng khí N₂ bay hơi ra khí quyển.
- Đây là bước quan trọng trong quá trình xử lý nitơ, giúp ngăn ngừa hiện tượng phú dưỡng tại các nguồn tiếp nhận nước (sông, hồ…).
Ổn định hệ sinh học và giảm tải cho vi sinh vật hiếu khí
- Vi sinh vật thiếu khí giúp giảm hàm lượng nitrat trong dòng nước trước khi chuyển sang giai đoạn xử lý hiếu khí.
- Nhờ đó, giảm tải cho bể hiếu khí, tiết kiệm năng lượng sục khí và nâng cao hiệu quả xử lý tổng thể.
Giảm chi phí vận hành và năng lượng
- Quá trình thiếu khí không cần cấp khí, tiết kiệm chi phí điện năng.
- Tận dụng được nguồn carbon hữu cơ trong nước thải (hoặc từ bùn tuần hoàn) làm chất nền cho quá trình khử nitrat.
Tăng hiệu quả xử lý tổng thể trong các công nghệ sinh học
- Vi sinh vật thiếu khí thường là thành phần chủ chốt trong các công nghệ như: MBBR, AAO, UCT, SBR, BioDenitro,…
- Giúp xử lý đồng thời BOD và nitơ, mang lại hiệu quả cao cho hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp có chứa nitơ.
Tóm lại, vi sinh vật thiếu khí đóng vai trò thiết yếu trong quá trình khử nitrat, góp phần làm giảm nồng độ nitơ trong nước thải, bảo vệ môi trường và giúp hệ thống xử lý nước hoạt động hiệu quả, bền vững hơn.
3.3. Vi sinh vật hiếu khí
Đây là phương pháp để vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện cung cấp oxy liên tục. Quy trình xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí thành 3 giai đoạn sau:
- Giai đoạn 1: Oxy hóa các chất hữu cơ trong nguồn thải
- Giai đoạn 2: Tổng hợp tế bào mới
- Giai đoạn 3: Phân hủy nội bào
Vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy hòa tan trong nước để phân hủy các hợp chất hữu cơ như chất béo, protein, carbohydrate… thành các chất vô cơ đơn giản như CO₂, nước và bùn sinh học. Quá trình này giúp giảm đáng kể BOD (nhu cầu oxy sinh hóa) và COD (nhu cầu oxy hóa học) trong nước thải.
Oxy hóa các hợp chất độc hại: Một số vi sinh vật hiếu khí có khả năng oxy hóa các hợp chất độc như amoni (NH₄⁺) thành nitrit (NO₂⁻) và nitrat (NO₃⁻), trong quá trình nitr hóa. Điều này giúp giảm độc tính của nước thải và là bước quan trọng trong quá trình xử lý nitơ.
Tạo bùn hoạt tính để dễ lắng: Vi sinh vật hiếu khí sinh trưởng, phát triển và tạo thành các bông bùn hoạt tính, dễ lắng trong bể lắng. Nhờ vậy, các chất rắn lơ lửng và vi sinh vật có thể tách ra khỏi nước sau khi xử lý.
Ổn định chất lượng nước sau xử lý: Nhờ vào khả năng xử lý ổn định và hiệu quả, vi sinh vật hiếu khí giúp đảm bảo nước sau xử lý đạt các chỉ tiêu theo quy định, hạn chế ô nhiễm môi trường khi xả thải.
Hỗ trợ kiểm soát mùi hôi: Quá trình hiếu khí hạn chế phát sinh khí độc như H₂S, CH₄ – những khí thường gây mùi hôi khó chịu trong các hệ thống kỵ khí.
Tóm lại, vi sinh vật hiếu khí là “nhân tố chính” trong các hệ thống xử lý nước thải sinh học, giúp loại bỏ các chất ô nhiễm hiệu quả và thân thiện với môi trường. Các công nghệ như bùn hoạt tính, MBBR, SBR đều dựa trên nguyên lý hoạt động của nhóm vi sinh này.
Bạn có biết, ứng dụng vi sinh vật có thể dùng để xử lý nước thải thủy sản, xử lý nước thải chăn nuôi hoặc nước thải chế biến thực phẩm. Có rất nhiều cách để phát huy tác dụng khi sử dụng phương pháp xử lý này, một trong những cách tốt nhất đó là tìm đến các công ty môi trường vì họ hiểu rõ bản chất, cơ chế hoạt động và cách khắc phục sự cố vi sinh xảy ra. Hãy liên hệ ngay Hợp nhất để biết thêm thông tin chi tiết theo Hotline: 0938.857.768 – 0938.089.368
