I. Các khái niệm cơ bản
Quá trình bùn hoạt tính là công nghệ xử lý nước thải sinh học hiếu khí được sử dụng rộng rãi nhất.
Nguyên tắc cốt lõi của nó là sử dụng bùn hoạt tính-một loại bùn kết tụ được hình thành do sự kết tụ của một số lượng lớn vi sinh vật (vi khuẩn, nấm, động vật nguyên sinh, v.v.)-để phân hủy chất hữu cơ trong nước trong điều kiện hiếu khí, từ đó làm sạch nước thải.
II. Nguyên tắc cơ bản
1. Hấp phụ: Bề mặt của bùn hoạt tính hấp phụ các chất hữu cơ, chất keo và chất rắn lơ lửng có trong nước thải.
2. Phân hủy oxy hóa: Trong điều kiện hiếu khí, vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng, phân hủy thành các chất vô cơ ổn định như CO₂, H₂O, NH₃, PO₄³⁻.
3. Tổng hợp tế bào: Một số chất hữu cơ được chuyển hóa thành tế bào vi sinh vật mới, làm tăng thể tích bùn.
4. Lắng và tách
Hỗn hợp nước-bùn đã xử lý sẽ lắng xuống bể lắng thứ cấp, đạt được khả năng tách nước-bùn. Chất nổi phía trên được thải ra, một số bùn được tái chế và bùn dư được thải ra.
Tóm lại: Vi sinh vật tiêu thụ chất ô nhiễm → phát triển → lắng đọng → nước trở nên trong.
III. Thành phần cơ bản (Năm thành phần chính)
1. Bể sục khí: Nơi diễn ra phản ứng của vi sinh vật và phân hủy chất hữu cơ.
2. Hệ thống sục khí: Cung cấp oxy và trộn bùn.
3. Bể lắng thứ cấp: Tách bùn và nước, tạo ra nước thải trong.
4. Hệ thống thu hồi bùn: Đưa bùn từ đáy bể lắng thứ cấp về bể sục khí để duy trì nồng độ vi sinh vật.
5. Hệ thống xả bùn dư: Xả bùn dư thừa, đảm bảo hệ thống ổn định.
IV. Các chỉ số cốt lõi
1. MLSS (Chất rắn lơ lửng trong rượu hỗn hợp)
Nồng độ bùn hoạt tính trong bể hiếu khí phản ánh số lượng vi sinh vật.
2. SV (Sludge Settling Rate): Tỷ lệ thể tích của bùn sau 30 phút lắng, dùng để đánh giá hiệu suất lắng.
3. SVI (Chỉ số khối lượng bùn): Xác định xem bùn có cồng kềnh, lỏng lẻo hay có độ lắng kém.
4. DO (Oxy hòa tan): Thường được kiểm soát ở mức khoảng 2 mg/L để đảm bảo phản ứng hiếu khí.
5. Thời gian lưu bùn (SRT): Thời gian lưu trú trung bình của vi sinh vật trong hệ thống, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý và tạo bùn.
V. Quy trình điển hình
Nước thải → Sàng lọc → Buồng chứa cát → Bể sục khí (Sục khí) → Bể lắng thứ cấp
↓ Bùn bể lắng thứ cấp: Một phần được đưa trở lại bể sục khí, một phần được thải ra dưới dạng bùn dư.
VI. Ưu điểm và nhược điểm
Thuận lợi
• Hiệu suất xử lý cao, loại bỏ COD, BOD, SS tốt
• Vận hành hoàn thiện, ứng dụng rộng rãi (nước thải đô thị, nước thải công nghiệp)
• Dấu chân tương đối nhỏ, chất lượng nước thải ổn định
Nhược điểm
• Tiêu thụ năng lượng cao (tiêu thụ điện cho sục khí)
• Yêu cầu quản lý cao, bùn dễ bị đóng cặn, tạo bọt, nổi
• Phát sinh bùn dư, cần xử lý thêm
VII. Phạm vi áp dụng
• Nước thải sinh hoạt thành phố
• Nước thải công nghiệp có khả năng phân hủy sinh học tốt (thực phẩm, sản xuất bia, in nhuộm, hóa chất,…)