Loạt bài minh họa · Xử lý sinh học
Vi sinh vật làm sạch nước thải như thế nào?
Bùn hoạt tính không làm chất bẩn biến mất mà kết hợp truyền khối, thủy phân enzyme, trao đổi chất, tổng hợp sinh khối và tách rắn-lỏng: một phần carbon thành CO₂/nước, một phần thành sinh khối, rồi lắng-hoàn lưu-xả bùn tách sinh khối khỏi nước.
Kết luận trước
Kết luận trước
Vi sinh vật làm sạch nước thải bằng cách chuyển hóa chất hữu cơ hòa tan và có thể thủy phân. Nước vào trộn với bùn hoàn lưu; hạt/keo được giữ và thủy phân, cơ chất hòa tan khuếch tán vào tế bào, vi khuẩn dị dưỡng dùng một phần để hô hấp tạo năng lượng và một phần để tổng hợp tế bào/EPS. Xử lý hiếu khí cần đủ oxy, mixing, dinh dưỡng và thời gian. Carbon đi vào CO₂, bùn dư và phần còn lại trong nước ra. Bể lắng giữ floc, RAS duy trì sinh khối, WAS kiểm soát SRT. Chỉ thổi khí không thể bù cho tải, SRT, pH/nhiệt độ, lắng hay hoàn lưu không phù hợp.
Bốn điều kiện phải đồng thời đúng
Phản ứng sinh học và tách rắn là một hệ thống.
Cơ chất phải tiếp xúc và khả dụng
Chất hòa tan dễ phân hủy vào tế bào nhanh; hạt/keo/polymer cần được giữ và thủy phân. Chất bền/độc không tự mất vì có khí.
Quần thể cần hoạt tính và SRT
Nhiệt độ, pH, dinh dưỡng, độc tính và SRT định hình quần thể; heterotroph và nitrifier cần biên SRT khác nhau.
Chất nhận electron, mixing và truyền khối phải khớp
Hiếu khí và nitrification cần O₂; denitrification cần nitrate và DO thấp. Nhiều khí hơn không luôn tốt hơn.
Sinh khối mới phải được giữ và xả
Lắng, RAS và WAS đặt lượng bùn và SRT. Lắng kém hoặc washout làm mất rắn dù phản ứng đã xảy ra.
Bể aeration cung cấp oxy và mixing, không phải bong bóng rửa
Nhiều dãy bong bóng đảo mixed liquor, probe và đường khí ở thành bể, clarifier ở phía sau.
11Trộn nước vào và RAS22Bong bóng và mixed liquor33Probe DO/quá trình44Secondary clarifierĐiểm cần nhận diện
- 1Trộn nước vào và RAS
- 2Bong bóng và mixed liquor
- 3Probe DO/quá trình
- 4Secondary clarifier
Kết luận từ hình
Bong bóng truyền oxy và giữ floc lơ lửng; phản ứng quanh floc mới làm sạch. Airflow phải khớp tải và nhu cầu oxy.
Cách kiểm tra tại hiện trường
Đo profile DO, NH₄/COD và mixing theo vùng; kiểm tra phân phối khí/van và đối chiếu năng lượng với tải và nước ra.
Một floc bùn hoạt tính là micro-reactor
Ảnh phóng đại có vi khuẩn, protozoa, hạt và lỗ nước trong khung EPS; oxy/cơ chất khuếch tán vào và sản phẩm ra.
11Khung EPS22Vi khuẩn dị dưỡng33Protozoa/grazer44Hạt hữu cơ và lỗ nướcĐiểm cần nhận diện
- 1Khung EPS
- 2Vi khuẩn dị dưỡng
- 3Protozoa/grazer
- 4Hạt hữu cơ và lỗ nước
Kết luận từ hình
Floc là cộng đồng có cấu trúc. Bên ngoài truyền nhanh, bên trong có thể thiếu oxy; giữ hạt chỉ là bước đầu trước thủy phân và trao đổi chất.
Cách kiểm tra tại hiện trường
Quan sát kích thước/mật độ floc, filament, protozoa và kết hợp OUR/SOUR, DO, soluble COD, settling.
Hệ thống khép kín bằng phản ứng, lắng, hoàn lưu và xả
Mặt cắt có trộn influent/RAS trái, bioreactor hiếu khí giữa, tách thứ cấp phải và ống RAS/WAS dưới.
11Trộn influent và RAS22Vùng phản ứng hiếu khí33Vùng nước trong clarifier44Đường RAS/WASĐiểm cần nhận diện
- 1Trộn influent và RAS
- 2Vùng phản ứng hiếu khí
- 3Vùng nước trong clarifier
- 4Đường RAS/WAS
Kết luận từ hình
Hoàn lưu tạo SRT dài hơn HRT. Xả quá ít làm bùn già/tích tụ; xả quá nhiều loại vi sinh nhanh hơn tốc độ mọc.
Cách kiểm tra tại hiện trường
Cân bằng MLSS/MLVSS và lưu lượng/nồng độ RAS/WAS, tính SRT, kiểm tra blanket và solids flux.
Cùng thiết bị nhưng tải và trạng thái bùn cho kết quả khác
Ba reactor biểu thị tải cao, floc cân bằng và ít sinh khối/washout; cylinder cho ranh giới lắng.
11Reactor F/M cao22Floc trưởng thành cân bằng33Ít sinh khối/washout44Cylinder và supernatantĐiểm cần nhận diện
- 1Reactor F/M cao
- 2Floc trưởng thành cân bằng
- 3Ít sinh khối/washout
- 4Cylinder và supernatant
Kết luận từ hình
Màu/độ trong không đủ. F/M cao gây growth phân tán/thiếu oxy; F/M quá thấp/SRT dài gây lão hóa; MLSS thấp có thể washout.
Cách kiểm tra tại hiện trường
So F/M, SRT, MLSS/MLVSS, DO, OUR, SVI/30-min, turbidity và tải vào-ra.
Chẩn đoán kết hợp quan sát bể, lắng, hóa học và microscopy
Bàn bể có settleometer, mẫu mixed liquor/supernatant, ống test và hình floc/filament; phía sau có foam/floating sludge.
11Settleometer 30 phút22Mẫu mixed liquor/supernatant33Test màu/titration44Microscopy floc/filamentĐiểm cần nhận diện
- 1Settleometer 30 phút
- 2Mẫu mixed liquor/supernatant
- 3Test màu/titration
- 4Microscopy floc/filament
Kết luận từ hình
Foam, floating sludge, solids loss hoặc turbidity có thể do tải, DO, SRT, dinh dưỡng, filament, denitrification hoặc hydraulics.
Cách kiểm tra tại hiện trường
Cùng thời điểm ghi ảnh, DO/pH/T, COD/BOD/NH₄, MLSS/SVI, blanket, microscopy và sự kiện.
Sáu bước của chất hữu cơ trong bùn hoạt tính
Giải thích nhu cầu khí và bùn dư.
1 Tiếp xúc và trộn
Hữu cơ vào + RAS
Đưa cơ chất, floc và chất nhận electron gặp nhau.
2 Giữ hạt
Hạt/keo → EPS/floc
Chuyển tải từ nước vào bề mặt/lỗ floc.
3 Thủy phân/truyền
Polymer → phân tử nhỏ → tế bào
Enzyme giải phóng cơ chất hòa tan.
4 Hô hấp
Cơ chất + O₂ → CO₂ + H₂O + năng lượng
Oxy hóa một phần carbon.
5 Tổng hợp
Cơ chất + N/P → tế bào/EPS
Một phần thành bùn mới.
6 Lắng, hoàn lưu, xả
Floc → clarifier → RAS/WAS
RAS giữ biomass, WAS kiểm soát SRT.
Các thành viên floc làm gì?
Chức năng chồng lấp và đổi theo vận hành.
Vi khuẩn dị dưỡng
- Vai trò
- Dùng carbon phân hủy được cho hô hấp và sinh khối
- Điều kiện nhạy
- Nhạy tải, DO, pH/T, dinh dưỡng, độc tính
- Bằng chứng
- BOD/soluble COD, OUR/SOUR, F/M
Hydrolyser/enzyme
- Vai trò
- Chuyển hạt/polymer thành phân tử tế bào lấy được
- Điều kiện nhạy
- Nhiệt thấp, độc tính, thiếu contact làm substrate chậm còn lại
- Bằng chứng
- Fraction COD, respiration, supernatant
EPS/floc former
- Vai trò
- Tạo khung dính và aggregate lắng được
- Điều kiện nhạy
- F/M cao, thiếu dinh dưỡng, shear, filament làm lắng kém
- Bằng chứng
- Floc, SVI, turbidity, TSS, microscopy
Protozoa/metazoa
- Vai trò
- Ăn vi khuẩn phân tán và phản ánh độ trưởng thành
- Điều kiện nhạy
- Độc tính, DO thấp, shock, SRT cực đoan đổi quần thể
- Bằng chứng
- Đọc microscopy cùng DO, tải, SRT, nước ra
Loại hữu cơ không bằng loại hết N/P. Sinh khối đồng hóa một phần, nhưng TN/TP ổn định cần nitrification, denitrification, EBPR, hóa học hoặc xả bùn với đường mass rõ.
Theo dõi ba nhóm bằng chứng
Tải và điều kiện
COD/BOD, flow, F/M, DO, pH, T, NH₄, alkalinity và dinh dưỡng.
Biomass và SRT
MLSS/MLVSS, RAS/WAS, SRT, OUR/SOUR cho biết lượng bùn hoạt tính và trạng thái.
Lắng và nước ra
SVI/curve, blanket, turbidity, TSS/COD/BOD/NH₄ và microscopy kiểm tra phản ứng lẫn tách.
Bắt đầu từ đâu khi bất thường?
- Tổ hợp tín hiệu
- Soluble COD/BOD tăng, DO thấp
- Nghi ngờ
- Shock hữu cơ, thiếu oxy/mixing hoặc độc tính
- Bước tiếp
- Kiểm tra flow/load, khí/DO profile, OUR, pH/T và xả công nghiệp
- Tổ hợp tín hiệu
- Reactor loại tốt nhưng TSS/turbidity ra tăng
- Nghi ngờ
- Clarifier load/hydraulics, floc phân tán, bulking hoặc thiết bị
- Bước tiếp
- Kiểm tra blanket, SVI, RAS, surface load, microscopy
- Tổ hợp tín hiệu
- BOD/COD tốt nhưng NH₄ tăng
- Nghi ngờ
- SRT nitrifier thiếu, lạnh, DO/alkalinity thấp hoặc inhibition
- Bước tiếp
- Kiểm tra SRT, T, DO, pH/alkalinity, NH₄/NO₂
- Tổ hợp tín hiệu
- SVI cao, blanket tăng, filament nhiều
- Nghi ngờ
- Bulking do DO thấp, F/M thấp, thiếu dinh dưỡng hoặc substrate
- Bước tiếp
- Xác định điều kiện/filament trước khi đổi selection pressure
Bốn ngộ nhận
Nhiều khí luôn nhanh hơn
Quá nhu cầu chỉ tăng năng lượng/shear và phá anoxic; điều khiển theo tải/DO.
MLSS cao luôn tăng công suất
Bùn có thể già, hạn chế truyền oxy và quá tải clarifier; cần activity/SRT/load.
Aeration basin càng trong càng tốt
Bể cần mixed solids; quá trong có thể washout, mất RAS hoặc thiếu biomass.
Vi sinh làm chất bẩn biến mất
Carbon thành CO₂, tế bào và bùn dư; N/P cũng cần mass path.