Bùn hoạt tính hiếu khí
1
BÙN HOẠT TÍNH HIẾU KHÍ

I. BÙN HOẠT TÍNH LÀ GÌ ?

Bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vật khác nhau, chủ yếu là vi khuẩn, có khả
năng ổn đònh chất hữu cơ hiếu khí được tạo nên trong quá trình sinh hoá hiếu
khí, được giữ lại ở bể lắng đợt II. Bùn hoạt tính (là các bông cặn) có màu nâu
sẫm chứa các chất hữu cơ hấp thụ từ nước thải và là nơi cư trú để phát triển của
vô số vi khuẩn và vi sinh vật sống khác. Các bông này có kích thước từ 3 ÷ 150
µm.

Bùn hoạt tính lắng lại bể lắng đợt II, một phần tuần hoàn lại bể Aerotank, một
phần còn dư cần được xử lý. Độ ẩm của lượng bùn này từ 99 ÷ 99,6%.

II. ỨNG DỤNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH

Bùn hoạt tính được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải bằng phương pháp
hiếu khí. Phương pháp bùn hoạt tính dựa trên sự hoạt động sống của vi sinh vật
, chủ yếu là vi khuẩn dò dưỡng hoại sinh có trong nước thải. Quá trình hoạt
động của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được khoáng
hoá và trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản và nước. Nhờ đó mà
nồng độ bẩn của nước thải được giảm đi rất nhiều trong khoảng thời gian đủ
dài.

III. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH BÙN HOẠT TÍNH

Nước thải sao khi qua bể lắng đợt I có chứa các chất hữu cơ hoà tan và các chất
lơ lửng đi vào bể Aerotank. Khi ở trong bể các chất lơ lửng đóng vai trò là các
hạt nhân để cho vi khuẩn cư trú, sinh sản và phát triển dần lên thành các bông

cặn gọi là bùn hoạt tính.

Vi khuẩn và các vi sinh vật sống dùng chất nền (BOD) và chất dinh dưỡng
(N,P) làm thức ăn để chuyển hoá chúng thành các chất trơ không hoà tan và
thành các tế bào mới. Quá trình chuyển hoá thực hiện theo từng bước xen kẽ
và nối tiếp nhau. Một vài loại vi khuẩn tấn công vào các hợp chất hữu cơ có
cấu trúc phức tạp, sau khi chuyển hoá thải ra các hợp chất hữu cơ có cấu trúc
Bùn hoạt tính hiếu khí
2
phức tạp hơn, một vài vi khuẩn khác dùng các chất này làm thức ăn và lại thải
ra các hợp chất đơn giản hơn nữa, và quá trình cứ tiếp tục cho đến khi chất thải
cuối cùng không thể dùng làm thức ăn cho bất cứ loại vi sinh vật nào nữa.

Chất thải hữu cơ được đưa vào trong bể phản ứng, ở đó các vi khuẩn hiếu khí
được duy trì ở trạng thái lơ lửng. Trong bể phản ứng, các vi sinh vật thực hiện
những biến đổi theo những phương trình sau :

• Sự oxi hoá và tổng hợp :

COHNS + O
2
+ dinh dưỡng
VK
→
CO
2
+ NH
3
+ C
5

H
7
NO
2
+ các sản phẩm khác
(Chất hữu cơ) (Tế bào VK)

• Hô hấp nội sinh

C
5
H
7
NO
2
+ 5O
2

VK
→
5CO
2
+ NH
3
+ 2H
2
O + năng lượng

Môi trường hiếu khí trong bể phản ứng được duy trì bằng cách sử dụng máy
thổi khí và thiết bò phân tán khí đặt trong bể sao cho nước thải được xáo trộn

hoàn toàn. Sau một thời gian lưu nước nhất đònh, hỗn hợp tế bào cũ, mới được
đưa qua bể lắng trong đó các tế bào được tách ra khỏi nước thải đã xử lý. Một
phần tế đã lắng được tuần hoàn để duy trì nồng độ mong muốn của vi sinh vật
trong bể phản ứng.

Trong quá trình bùn hoạt tính, vi khuẩn là vi sinh vật quan trọng nhất, bởi vì
chúng chòu trách nhiệm phân huỷ các chất hữu cơ trong nước thải. Trong bể
phản ứng, một phần các chất thải hữu cơ được các vi sinh vật hiếu khí và tuỳ
tiện sử dụng để tạo ra năng lượng cho việc tổng hợp các chất hữu cơ còn lại
thành tế bào mới. Như vậy, chỉ một phần chất thải ban đầu được oxi hoá thành
các hợp chất năng lượng thấp như : NO
3
-
, SO
4
2-
và CO
2
, phần còn lại được tổng
hợp thành tế bào mới.

IV. CÁC CHỈ TIÊU XÁC ĐỊNH ĐẶC TÍNH VÀ CHẤT LƯNG CỦA
BÙN HOẠT TÍNH

1. Chỉ số thể tích bùn

Bùn hoạt tính hiếu khí
3
Chỉ số thể tích bùn (SVI – Sludge volume index) là thể tích do một gram bùn
khô choán chỗ tính bằng ml sau khi để dung dòch bùn lắng tónh trong 30 phút

trong ống lắng tónh hình trụ khắc độ dung tích 1000ml.

Để xác đònh chỉ số thể tích bùn, lấy 1 lít dung dòch bùn ở đầu ra của bể Arotank
để lắng 30 phút trong ống lắng thuỷ tinh hình trụ có khắc độ. Quan sát và đánh
dấu mặt phân chia giữa bùn và lớp nước ở trên để tính ra thể tích bùn đã choán
chỗ bằng ml, đồng thời với việc lấy mẫu trắng, lấy luôn mẫu để xác đònh nồng
độ bùn hoạt tính trong dung dòch tính theo mg/l rồi xác đònh chỉ số thể tích bùn
theo công thức sau :


g
ml
==
(mg/l) dòch dung trong lửng lơ bùnđộ Nồng
0(mg/l).100 phút 30 sau lắng đã bùntích Thể
SVI


Thông thường ở các nhà máy xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính, chỉ số thể tích
bùn dao động từ 50 ÷ 150. Bùn có chỉ số thể tích bùn càng nhỏ lắng càng nhanh
và càng đặc

2. Chỉ số mật độ bùn

Chỉ số mật độ bùn (SDI) là số nghòch đảo của chỉ số thể tích bùn.


1000×=
(%) lắng phút 30 sau chỗ choán bùntích Thể
(%) lửng lơ bùnđộ Nồng

SDI


SDI thường dao động từ 1 ÷ 1,25

Ngoài ra còn có các chỉ tiêu khác như : MLSS ( Mixed Liquoz Suspended
Solid) : chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng và MLVSS (Mixed Liquor Volatile
Suspended Solids) : hổn hợp vi sinh vật và nước thải trong bể sục khí. Tỷ số
F/M (Food to Micoorganism Ratio).

V. ĐỘNG HỌC CỦA QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH

Giả thiết rằng :

• Nước thải trong bể phản ứng được khuấy trộn hoàn toàn;
Bùn hoạt tính hiếu khí
4
• Hàm lượng SS trong nước thải vào không đáng kể hay không có vi sinh
vật trong nước thải;
• Sự khoáng hoá các chất hữu cơ xảy ra chủ yếu trong bể phản ứng;
• Thể tích để tính thời gian lưu bùn cho hệ gồm thể tích của bể phản ứng.

Các đònh nghóa :

• Thời gian lưu nước trung bình :
V
t =
Q



Trong đó : V _ Thể tích bể phản ứng
Q_ Lưu lượng nước thải vào

• Thời gian lưu tế bào trung bình :

( )
w w e
V X
Q X Q Q X
×
=
× + −
c
t


Trong đó :

Q : Lưu lượng nước chứa bùn hoạt tính được thải ra khỏi hệ thống
Q
W
: Lưu lượng nước chứa bùn được thải ra
X
W
: Hàm lượng bùn hoạt tính trong nước chứa bùn được thải ra, nếu được
thải ra từ bể phản ứng thì X
W
= X
X : Hàm lượng bùn hoạt tính trong bể phản ứng
X

e
: Hàm lượng bùn hoạt tính trong nước thải ra

Khi đó ta có :


( )
0 'w w e g
QX Q X Q Q X Vr= − + − + 
 
dX
V
dt
(2.1)

Trong đó :

X
0
: Hàm lượng bùn hoạt tính nước thải vào;
r
g’
: Tốc độ phát triển thực của vi khuẩn = YUX – K
d
X;
Y : Hệ số năng suất tối đa, là tỷ số giữa khối lượng tế bào được tạo thành
và khối lượng chất dinh dưỡng được tiêu thụ;
Bùn hoạt tính hiếu khí
5
U : Tốc độ sử dụng chất dinh dưỡng của một đơn vò sinh khối U =

( )
0
S S
Q
VX
−

K
d
: Hệ số tự phân huỷ

điều kiện cân bằng, phương trình (2.1) trở thành :

Q
W
X + (Q – Q
W
)X/VX = YU – K
d
(2.2)

Hay :

( )
0
1
d d
c
Q S S
YU K Y K

t VX
−
= − = −


Giải phương trình trên ta được :


( )
( )
0
1
c
d c
t Y S S
X
t K t
−
=
+
(2.3)

Phương trình (2.3) là phương trình cơ bản cho việc thiết kế và vận hành quá
trình bùn hoạt tính. Từ các phương trình này tính các hệ số động học K, K
s
, K
d

và Y.


VI. TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM

1. Thiết bò, vật liệu, hoá chất
• Thiết bò :
- Bình phản ứng;
- Máy nén khí;
- Bộ lọc;
- Desicator;
- Tủ sấy;
- pH kế.
• Vật liệu :
- Giấy lọc không tro để xác đònh MLVSS;