Xử Lý Chất Thải Hữu Cơ Nước Thải Sinh Hoạt Bằng Phương Pháp Sinh Học

1. Chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt là gì?

Nước thải sinh hoạt phát sinh từ nhà ở, chung cư, trường học, bệnh viện, nhà hàng, khách sạn và các công trình dịch vụ thường chứa nhiều chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học.

Nguồn chất hữu cơ chủ yếu đến từ:

• Phân và nước tiểu.
• Thức ăn thừa.
• Dầu mỡ.
• Chất tẩy rửa.
• Các hợp chất hữu cơ từ hoạt động vệ sinh.
• Chất thải thực phẩm.

Trong xử lý nước thải, BOD và COD thường được sử dụng để đánh giá mức độ ô nhiễm hữu cơ.

Trong đó:

• BOD thể hiện lượng oxy cần thiết để vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học.
• COD thể hiện lượng oxy tương đương cần thiết để oxy hóa các chất có khả năng bị oxy hóa trong mẫu nước.

Đối với nước thải sinh hoạt, phần chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học tương đối thuận lợi cho việc áp dụng công nghệ xử lý sinh học.

2. Vì sao phương pháp sinh học được sử dụng để xử lý chất hữu cơ?

Phương pháp sinh học sử dụng hoạt động của vi sinh vật để chuyển hóa các chất hữu cơ hòa tan và dạng keo thành:

• CO₂.
• H₂O.
• Sinh khối vi sinh.
• Các sản phẩm vô cơ khác.

Nhóm vi sinh vật đóng vai trò quan trọng trong quá trình này là vi khuẩn dị dưỡng (heterotrophic bacteria).

Các vi khuẩn này sử dụng chất hữu cơ trong nước thải làm nguồn Carbon và năng lượng để sinh trưởng.

Có thể hình dung quá trình đơn giản:

Chất hữu cơ → Vi sinh vật → CO₂ + H₂O + Sinh khối

Do đó, thay vì chỉ sử dụng hóa chất để oxy hóa chất ô nhiễm, hệ thống sinh học tận dụng quá trình chuyển hóa tự nhiên của vi sinh vật.

3. Cơ chế vi sinh phân hủy chất hữu cơ

Trong bể sinh học hiếu khí, vi sinh vật tiếp xúc với:

• Chất hữu cơ.
• Oxy.
• Chất dinh dưỡng.
• Nước.
• Sinh khối vi sinh.

Khi có đủ điều kiện, vi sinh vật hấp thụ các hợp chất hữu cơ và sử dụng chúng cho hai mục đích chính:

Tạo năng lượng

Một phần chất hữu cơ được oxy hóa để tạo năng lượng phục vụ hoạt động sống của tế bào.

Tạo sinh khối

Một phần Carbon được sử dụng để tổng hợp tế bào mới.

Vì vậy, hiệu quả xử lý không chỉ phụ thuộc vào lượng vi sinh được bổ sung mà còn phụ thuộc vào tải lượng hữu cơ, DO, pH, nhiệt độ, thời gian lưu và tuổi bùn.

4. Các công nghệ sinh học xử lý chất hữu cơ

Bể Aerotank

Aerotank là một trong những công nghệ phổ biến nhất để xử lý BOD và COD trong nước thải sinh hoạt.

Không khí được cấp vào bể thông qua máy thổi khí và hệ thống phân phối khí.

Oxy giúp vi sinh vật hiếu khí phân hủy chất hữu cơ.

Sơ đồ cơ bản:

Nước thải → Bể sinh học Aerotank → Bể lắng → Khử trùng → Nước sau xử lý

Một phần bùn từ bể lắng được tuần hoàn trở lại Aerotank nhằm duy trì nồng độ sinh khối.

Công nghệ MBBR

MBBR sử dụng các giá thể nhựa làm nơi bám dính của vi sinh vật.

So với bùn hoạt tính truyền thống, MBBR có thể duy trì lượng sinh khối lớn trong cùng thể tích bể nhờ sự phát triển của biofilm trên giá thể.

Công nghệ này phù hợp với trường hợp:

• Không gian xây dựng hạn chế.
• Cần nâng công suất hệ thống.
• Cần tăng sinh khối mà không muốn tăng đáng kể MLSS.

Công nghệ MBR

MBR kết hợp quá trình xử lý sinh học với màng lọc.

Sau khi vi sinh phân hủy chất hữu cơ, màng lọc giữ lại phần lớn chất rắn và vi sinh vật trong hệ thống.

Ưu điểm nổi bật là chất lượng nước sau màng thường có TSS rất thấp, phù hợp với các hệ thống yêu cầu chất lượng nước cao hoặc có định hướng tái sử dụng.

5. Những yếu tố ảnh hưởng đến khả năng phân hủy chất hữu cơ

DO

DO là một trong những thông số quan trọng nhất đối với quá trình xử lý hiếu khí.

Nếu DO quá thấp:

• Vi sinh hiếu khí thiếu oxy.
• Tốc độ phân hủy chất hữu cơ giảm.
• COD/BOD đầu ra có thể tăng.
• Có thể phát sinh mùi trong các vùng thiếu oxy.

Nếu DO quá cao:

• Tăng tiêu thụ điện.
• Không nhất thiết làm hiệu suất xử lý tăng tương ứng.

Vì vậy, cần lựa chọn mức DO phù hợp với tải lượng và công nghệ cụ thể.

pH

Vi sinh vật xử lý nước thải hoạt động tốt trong vùng pH gần trung tính.

pH quá thấp hoặc quá cao có thể làm:

• Giảm tốc độ sinh trưởng.
• Thay đổi cấu trúc quần thể vi sinh.
• Làm giảm hiệu suất xử lý COD/BOD.

Nhiệt độ

Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ phản ứng sinh học.

Khi nhiệt độ giảm, hoạt tính của vi sinh thường giảm và cần thời gian lưu hoặc tuổi bùn phù hợp để duy trì hiệu suất.

Tải lượng hữu cơ

Nếu tải lượng COD/BOD tăng đột ngột trong khi lượng sinh khối không thay đổi, hệ thống có thể bị sốc tải hữu cơ.

Dấu hiệu thường gặp:

• COD đầu ra tăng.
• DO giảm nhanh.
• Bùn thay đổi đặc tính.
• Bể Aerotank xuất hiện nhiều bọt.
• MLSS và F/M thay đổi.

Trong trường hợp này cần đánh giá lại tải lượng trước khi quyết định tăng lượng men vi sinh.

6. Vai trò của men vi sinh trong xử lý chất hữu cơ

Trong hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, quần thể vi sinh tự nhiên thường đã tồn tại trong bùn hoạt tính.

Tuy nhiên, việc bổ sung men vi sinh xử lý nước thải có thể được xem xét trong các trường hợp:

• Hệ thống mới khởi động.
• Sau thời gian dài ngừng hoạt động.
• Vi sinh bị suy giảm.
• Hệ thống chịu sốc tải.
• Nước thải thay đổi thành phần.
• COD/BOD đầu ra tăng do hoạt tính sinh học không ổn định.

Đối với xử lý chất hữu cơ, nên lựa chọn sản phẩm có hệ vi sinh dị dưỡng phù hợp với đặc tính nước thải thay vì chỉ dựa vào tên sản phẩm hoặc số lượng vi khuẩn công bố.

Đặc biệt, men vi sinh không thể thay thế việc kiểm soát DO, pH, tải lượng và thời gian lưu. Nếu điều kiện môi trường không phù hợp, việc tăng liều men không nhất thiết làm hiệu suất xử lý tăng tương ứng.

Tham khảo men vi sinh Microbe lift IND xử lý BOD, COD, TSS

7. Làm thế nào để tối ưu hệ vi sinh xử lý COD và BOD?

Một hệ thống xử lý sinh học ổn định cần kiểm soát đồng thời nhiều yếu tố.

Kiểm soát tải lượng

Theo dõi COD/BOD đầu vào và tính tải lượng theo ngày thay vì chỉ nhìn nồng độ mg/L.

Duy trì sinh khối

Theo dõi:

• MLSS.
• MLVSS.
• SRT.
• F/M.
• SV30.

Kiểm soát oxy

Theo dõi DO tại nhiều vị trí trong bể để tránh vùng thiếu oxy cục bộ.

Hạn chế chất độc

Cần kiểm soát dòng nước thải có chứa:

• Clo.
• Chất sát khuẩn.
• Kim loại nặng.
• Dung môi.
• Hóa chất có tính oxy hóa mạnh.

Theo dõi dữ liệu theo xu hướng

Không nên chỉ dựa vào một kết quả phân tích đơn lẻ. Việc theo dõi xu hướng COD, BOD, DO, MLSS và SVI theo ngày sẽ giúp phát hiện sự suy giảm hoạt tính vi sinh sớm hơn.

Việc cung cấp và bổ sung thêm những chủng vi sinh vật hữu hiệu vào các bể sinh học góp phần rất lớn để tăng hiệu suất xử lý, mang lại các lợi ích :

• Tăng số lượng trong bể sinh học bổ sung thêm cho quần thể vi sinh vật hiện tại. Góp phần tăng quá trình phân hủy chất hữu cơ, tăng sinh khối từ đó tăng khả năng lắng. à Tăng hiệu suất xử lý sinh học, đồng thời tăng hiệu suất xử lý cho toàn hệ thống.
• Cung cấp thêm các vi sinh vật với đặc tính khỏe mạnh hơn, có khả năng thích nghi cao à Chống sốc tải và khắc phục hiện tượng sốc tải nhanh.
• Bổ sung các chủng đặc chủng, hữu hiệu. Tăng quá trình xử lý các loại nước thải phức tạp có đặc tính chuyên biệt. Hoặc xử lý các chỉ tiêu đặc trưng như: Ni tơ, Phốt pho, …

Liều lượng bổ sung vào mỗi hệ thống phụ thuộc vào yêu cầu và tính chất của mỗi hệ thống. Tuy vậy, do trong hệ thống đã có sẵn một lượng lớn đang hoạt động. Liều lượng bổ sung là rất ít nhưng vẫn mang lại hiệu quả cao cho cả hệ thống.                                 

8. Khi nào cần bổ sung men vi sinh xử lý chất hữu cơ?

Không phải hệ thống nào cũng cần bổ sung men vi sinh liên tục.

Có thể cân nhắc sử dụng khi hệ thống gặp các tình huống như:

Khởi động hệ thống: cần hình thành quần thể vi sinh nhanh hơn.

Sau sốc tải: giúp hỗ trợ quá trình phục hồi sinh khối.

Sau khi sử dụng hóa chất: đặc biệt khi hệ vi sinh bị ảnh hưởng bởi hóa chất có tính oxy hóa hoặc chất ức chế.

Tải lượng thay đổi: khi sản xuất tăng hoặc thành phần nước thải thay đổi đáng kể.

Hiệu suất COD/BOD suy giảm: sau khi đã kiểm tra và điều chỉnh các điều kiện vận hành cơ bản.

Điểm quan trọng là cần xác định nguyên nhân gây giảm hiệu suất trước khi lựa chọn sản phẩm và liều lượng sử dụng.

9. Có nên chỉ dùng men vi sinh để giảm COD?

Không nên.

Men vi sinh chỉ là một thành phần của giải pháp xử lý sinh học.

Hiệu quả xử lý COD/BOD phụ thuộc vào cả hệ thống:

Tải lượng → Sinh khối → DO → Dinh dưỡng → pH → SRT → HRT → Khả năng lắng

Nếu bể sinh học bị thiếu oxy, quá tải, thiếu dinh dưỡng hoặc bùn bị rửa trôi, việc bổ sung thêm vi sinh có thể không giải quyết được nguyên nhân gốc.

Do đó, cách tiếp cận hiệu quả là:

Chẩn đoán hệ thống → xác định nguyên nhân → điều chỉnh vận hành → bổ sung vi sinh khi cần thiết → theo dõi kết quả.

10. Kết luận

Xử lý chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt bằng phương pháp sinh học là giải pháp phổ biến nhờ khả năng tận dụng hoạt động của vi sinh vật để phân hủy BOD và COD.

Trong đó, các công nghệ như Aerotank, MBBR và MBR có thể được lựa chọn tùy theo lưu lượng, tải lượng ô nhiễm, diện tích xây dựng, yêu cầu nước đầu ra và điều kiện vận hành.

Để hệ thống hoạt động ổn định, cần kiểm soát đồng thời DO, pH, nhiệt độ, MLSS, MLVSS, SRT, F/M, HRT và tải lượng hữu cơ. Men vi sinh có thể đóng vai trò hỗ trợ trong giai đoạn khởi động, phục hồi hoặc khi hệ thống bị biến động tải, nhưng không nên xem đây là giải pháp thay thế cho việc thiết kế và vận hành đúng kỹ thuật.

Với các hệ thống nước thải sinh hoạt có tải lượng hữu cơ biến động, việc theo dõi dữ liệu vận hành và duy trì quần thể vi sinh ổn định là yếu tố quan trọng để kiểm soát COD, BOD và giảm chi phí vận hành lâu dài.

Xem thêm cách vi trì vi sinh trong bể hiếu khí https://moitruonghaidang.vn/cach-duy-tri-vi-sinh-trong-be-hieu-khi-hieu