Môi trường phát triển của vi sinh vật
Đối tượng chính của xử lý sinh học nước thải là vi sinh vật, chỉ nhằm tạo điều kiện môi trường tốt để vi sinh vật sinh sôi nảy nở hàng loạt mới đạt hiệu quả xử lý đạt yêu cầu. Các điều kiện chính ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật là dinh dưỡng, nhiệt độ, giá trị pH, oxy hòa tan và độc chất.
1. Dinh dưỡng
Dinh dưỡng là cơ sở vật chất cho sự phát triển của vi sinh vật, năng lượng và vật chất cần thiết cho các hoạt động sống đều do dinh dưỡng mà có.
2. Nhiệt độ
Các loại vi sinh vật khác nhau phát triển ở các nhiệt độ khác nhau và phạm vi nhiệt độ chung của các vi sinh vật khác nhau là 0 ~ 80. Theo phạm vi nhiệt độ thích nghi, vi sinh vật có thể được chia thành ba loại: nhiệt độ thấp (hypochondriac), nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cao (hypochondriac).
Nhiệt độ tăng trưởng của vi sinh vật ở nhiệt độ thấp là dưới 20, nhiệt độ tăng trưởng của vi sinh vật ở nhiệt độ trung bình là 20 ~ 45 và nhiệt độ tăng trưởng của vi sinh vật ở nhiệt độ cao là trên 45. Xử lý sinh học hiếu khí chủ yếu ở nhiệt độ trung bình và tối ưu nhiệt độ sinh trưởng của vi sinh vật là 20~37.
Trong xử lý kỵ khí, nhiệt độ tăng trưởng tối ưu của vi sinh vật ở nhiệt độ trung bình là 25 ~ 40 và nhiệt độ cao của vi sinh vật là 50 ~ 60. Do đó, xử lý bằng vi sinh vật kỵ khí thường sử dụng hai phân đoạn nhiệt độ 33 ~ 38 và 52 ~ 57, lần lượt được gọi là quá trình phân hủy ở nhiệt độ trung bình (lên men) và quá trình phân hủy ở nhiệt độ cao (lên men).
Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, phản ứng kỵ khí có thể được thực hiện ở nhiệt độ phòng 20 ~ 25, giúp giảm đáng kể chi phí vận hành.
Trong phạm vi nhiệt độ thích hợp, tốc độ phản ứng sinh hóa tăng 1 ~ 2 lần với mỗi lần tăng 10. Do đó, hiệu quả xử lý sinh học tốt hơn trong điều kiện nhiệt độ tối ưu cao hơn. Thay đổi nhân tạo nhiệt độ nước thải sẽ làm tăng chi phí xử lý, vì vậy xử lý sinh học hiếu khí thường được thực hiện ở nhiệt độ tự nhiên, tức là ở nhiệt độ phòng.
Hiệu quả xử lý sinh học hiếu khí ít bị ảnh hưởng bởi khí hậu. Xử lý sinh học kỵ khí bị ảnh hưởng rất nhiều bởi nhiệt độ và cần duy trì nhiệt độ cao, nhưng xét về chi phí vận hành, nên cố gắng sử dụng vận hành ở nhiệt độ bình thường (20~25).
Nếu nhiệt độ của nước thải thô cao, nên sử dụng quá trình lên men ở nhiệt độ trung bình (33 ~ 38) hoặc lên men ở nhiệt độ cao (52 ~ 57). Nếu có đủ nhiệt thải hoặc đủ khí sinh học được tạo ra trong quá trình lên men (phân hủy nước thải hữu cơ và bùn nồng độ cao), năng lượng nhiệt của nhiệt thải hoặc khí sinh học có thể được sử dụng để đạt được quá trình lên men ở nhiệt độ vừa phải và cao.
3. Giá trị pH
Enzyme là một loại chất điện phân lưỡng tính. Sự thay đổi giá trị pH ảnh hưởng đến dạng ion hóa của enzym, từ đó ảnh hưởng đến hiệu suất xúc tác của enzym. Vì vậy, giá trị pH là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt tính của enzyme. Các vi sinh vật khác nhau với các hệ enzyme khác nhau có khoảng thích ứng pH khác nhau. Vi khuẩn, xạ khuẩn, tảo và động vật nguyên sinh có phạm vi thích ứng pH từ 4 đến 10.
Độ pH tối ưu của nấm men và nấm mốc là 3,0 ~ 6,0. Hầu hết các vi khuẩn đều thích hợp với môi trường trung tính và kiềm có pH=6,5~8,5. Độ pH tối ưu của xử lý sinh học hiếu khí là 6,5 ~ 8,5 và của xử lý sinh học kỵ khí là 6,7 ~ 7,4 (pH tối ưu là 6,7 ~ 7,2).
Điều quan trọng là phải duy trì phạm vi pH tối ưu trong quá trình xử lý sinh học. Nếu không, hoạt tính của các enzym vi sinh vật bị giảm hoặc mất đi, vi sinh vật phát triển chậm hoặc thậm chí chết dẫn đến việc xử lý không thành công.
Sự thay đổi đột ngột giá trị pH của nước thải có thể ảnh hưởng lớn đến quá trình xử lý sinh học và ảnh hưởng này là không thể đảo ngược. Vì vậy, điều rất quan trọng là giữ cho độ pH ổn định.
4. Oxy hòa tan
Quá trình trao đổi chất của vi sinh vật hiếu khí lấy oxy phân tử làm chất nhận và tham gia tổng hợp một số chất. Các vi sinh vật hiếu khí không thể phát triển và sinh sản nếu không có oxy phân tử, vì vậy cần duy trì nồng độ oxy hòa tan (DO) nhất định khi thực hiện quá trình xử lý sinh học hiếu khí.
Cung cấp oxy không đủ, thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật với lượng oxy hòa tan thấp (vi khuẩn thiogen hiếu khí vi lượng) và vi sinh vật sinh sôi nảy nở tùy ý. Quá trình phân hủy chất hữu cơ của chúng không hoàn toàn, hiệu quả xử lý giảm và trạng thái oxy hòa tan thấp khiến vi khuẩn dạng sợi phát triển vượt trội, dẫn đến hiện tượng trương nở bùn.
Nồng độ oxy hòa tan cao không chỉ gây lãng phí năng lượng mà còn gây ra quá trình oxy hóa và chết tế bào do thiếu chất dinh dưỡng tương đối. Để đạt được hiệu quả xử lý tốt, cần kiểm soát lượng oxy hòa tan trong khoảng 2~3mg/L (0,5~1mg/L trong nước thải của bể lắng thứ cấp) trong quá trình xử lý sinh học hiếu khí.
Các vi sinh vật kỵ khí tạo ra H2O2 trong điều kiện hiếu khí, nhưng không có men phân hủy H2O2 và bị H2O2 tiêu diệt. Do đó, không được có oxy phân tử trong bể phản ứng sinh học kỵ khí. Các chất ở trạng thái oxy hóa khác như SO42-, NO3-, PO43- và Fe3+ cũng sẽ có tác động bất lợi đến quá trình xử lý sinh học kỵ khí và nồng độ của chúng cần được kiểm soát.
5. Độc chất
Chất hóa học có tác dụng ức chế và gây độc cho vi sinh vật được gọi là chất độc. Nó có thể làm hỏng cấu trúc của tế bào, làm biến tính các enzym và khiến chúng không hoạt động. Ví dụ, kim loại nặng có thể kết hợp với nhóm -SH của enzym, hoặc kết hợp với protein để làm biến tính hoặc kết tủa chúng. Các chất độc hại vô hại đối với vi sinh vật ở nồng độ thấp và độc hại trên một mức độ nhất định.
Một số chất độc hại có thể trở thành chất dinh dưỡng cho vi sinh vật ở nồng độ thấp. Độc tính của chất độc hại bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như giá trị pH, nhiệt độ và sự có mặt của các chất độc hại khác. Độc tính thay đổi rất nhiều trong các điều kiện khác nhau và các vi sinh vật khác nhau có khả năng chống chịu khác nhau đối với cùng một loại chất độc. Tình hình cụ thể nên được xác định theo thí nghiệm.
Trong quá trình xử lý nước thải sinh học, nồng độ các chất độc hại cần được kiểm soát chặt chẽ, nhưng không có tiêu chuẩn thống nhất cho phạm vi cho phép của nồng độ các chất độc hại. Dữ liệu trong bảng 1 chỉ mang tính chất tham khảo
