Các yếu tố chung để xác định bổ sung nguồn cacbon
Sự mất cân bằng giữa tỷ lệ nhu cầu oxy sinh học (BOD) và nhu cầu oxy hóa học (COD): Khi tỷ lệ BOD/COD trong nước thải thấp hơn 0.3, điều này cho thấy hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học trong nước thải thấp và hoạt động của vi sinh vật bị hạn chế. Lúc này, cần bổ sung nguồn cacbon thích hợp để cải thiện khả năng phân hủy của vi sinh vật.
Yêu cầu đối với quá trình nitrat hóa và khử nitrat: Trong quá trình oxy hóa hoặc khử nitrat amoni kỵ khí, cần có đủ cacbon hữu cơ làm chất cho electron để đạt được quá trình chuyển đổi nitơ hiệu quả. Nếu nguồn cacbon trong hệ thống không đủ, phản ứng khử nitrat có thể bị chặn và cần bổ sung thêm nguồn cacbon.
Giảm hiệu suất lắng bùn: Nguồn cacbon có ảnh hưởng quan trọng đến đặc tính kết bông và lắng của bùn. Khi phát hiện hiệu suất lắng bùn giảm và giá trị SVI tăng, có thể là do sự giảm polysaccharides do quá trình trao đổi chất của vi khuẩn tạo ra. Việc bổ sung nguồn cacbon thích hợp có thể khôi phục lại cấu trúc và chức năng bình thường của bùn.
Vận hành trong thời kỳ nhiệt độ thấp mùa đông: Trong môi trường nhiệt độ thấp, hoạt động của vi sinh vật giảm đáng kể, khả năng tự tổng hợp nguồn cacbon bị suy yếu. Để đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống sinh hóa, có thể cần tăng lượng nguồn cacbon bổ sung.
Chất lượng nước thải đầu ra không đạt tiêu chuẩn: Theo quy trình xử lý thông thường, nếu chất lượng nước thải đầu ra vẫn không đạt tiêu chuẩn xả thải, đặc biệt là khi chỉ số COD vẫn ở mức cao thì cũng cho thấy có thể cần phải tăng cường hiệu quả phân hủy sinh học các chất ô nhiễm bằng cách bổ sung nguồn cacbon.
Mất cân bằng giữa hiệu quả xử lý sinh hóa và tỷ lệ CNP: Khi tỷ lệ cacbon, nitơ và phốt pho (CNP) trong nước thải mất cân bằng, đặc biệt là khi cacbon không đủ, tức là tỷ lệ CN thấp hơn phạm vi thích hợp cần thiết cho sự phát triển và trao đổi chất bình thường của vi sinh vật (thường được coi là giữa 4-6), cần phải bổ sung thêm nguồn cacbon để đáp ứng nhu cầu năng lượng của vi sinh vật trong quá trình phân hủy sinh học.
Tuân thủ tổng lượng nitơ hoặc các yêu cầu cụ thể của khách hàng: Để đạt được mục tiêu loại bỏ tổng lượng nitơ (TN), trong các quá trình như nitrat hóa và khử nitrat, nếu chất hữu cơ trong nước thô không đủ để cung cấp đủ nguồn cacbon hỗ trợ vi khuẩn khử nitrat khử NOx-N thành nitơ, thì cần phải bổ sung nguồn cacbon.
Giai đoạn nuôi cấy và thích nghi bùn hoạt tính: Ở các nhà máy xử lý nước thải mới xây dựng hoặc khởi động lại, giai đoạn nuôi cấy và thích nghi ban đầu của cộng đồng vi khuẩn bùn hoạt tính thường yêu cầu nguồn carbon đủ để thúc đẩy quá trình sinh sản vi khuẩn nhanh chóng và hình thành hệ sinh thái ổn định.
Tối ưu hóa chi phí xử lý nước thải công nghiệp: Đối với một số loại nước thải công nghiệp, nếu việc bổ sung nguồn carbon kinh tế và hiệu quả có thể cải thiện lợi ích kinh tế của toàn bộ quá trình xử lý nước thải và đảm bảo chất lượng nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn thì sẽ cân nhắc đến nguồn carbon.
Phản ứng tải trọng sốc trong môi trường đặc biệt: Khi nhà máy xử lý nước thải chịu tác động của các chất ô nhiễm có nồng độ cao hoặc những thay đổi theo mùa gây ra biến động lớn về chất lượng nước đầu vào, thì cũng có thể cần phải tạm thời tăng lượng nguồn carbon được thêm vào để tăng khả năng chống sốc và hiệu suất vận hành ổn định của hệ thống.
Trong các quá trình xử lý nước thải, đặc biệt là quá trình loại bỏ nitơ và phốt pho, việc bổ sung nguồn cacbon đóng vai trò quan trọng. Một mặt, nó là "nhiên liệu" quan trọng để vi sinh vật thực hiện các phản ứng sinh hóa. Mặt khác, nó có ảnh hưởng quyết định đến việc tối ưu hóa quá trình xử lý và nâng cao hiệu quả loại bỏ nitơ và phốt pho.
Vậy, khi nào chúng ta đánh giá rằng cần bổ sung nguồn carbon vào nước thải?
Quá trình nitrat hóa-khử nitrat: Quá trình khử nitrat sinh học chủ yếu bao gồm hai giai đoạn: oxy hóa amoniac (nitrat hóa) và khử nitrat (khử nitrat). Trong quá trình nitrat hóa, mặc dù vi sinh vật có thể sử dụng chất hữu cơ trong nước thải làm nguồn năng lượng, nhưng nếu giá trị BOD/N đầu vào quá thấp, tức là khi cacbon hữu cơ phân hủy sinh học tương đối thiếu, vi sinh vật có thể không có đủ năng lượng để hoàn thành quá trình nitrat hóa, điều này sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình khử nitrat tiếp theo. Do đó, trong trường hợp này, việc bổ sung một lượng thích hợp nguồn cacbon bên ngoài, chẳng hạn như natri axetat và các chất hữu cơ dễ phân hủy khác, giúp đảm bảo tiến trình nitrat hóa và khử nitrat ổn định và đạt được hiệu quả khử nitrat.
Giai đoạn giải phóng photpho kỵ khí và giai đoạn hấp thụ photpho hiếu khí: Trong quá trình loại bỏ phốt pho, vi khuẩn polyphosphate đầu tiên giải phóng phốt pho trong điều kiện kỵ khí để lấy năng lượng, sau đó tích tụ lại phốt pho nội bào bằng cách hấp thụ các nguồn cacbon hữu cơ trong điều kiện hiếu khí. Khi hàm lượng cacbon hữu cơ trong nước đầu vào không đủ để hỗ trợ vi sinh vật sử dụng đầy đủ nguyên tố phốt pho trong quá trình trao đổi chất xen kẽ này, cần bổ sung thêm các nguồn cacbon để thúc đẩy vi sinh vật hấp thụ và lưu trữ phốt pho tốt hơn, do đó cải thiện hiệu quả loại bỏ phốt pho.
Phục hồi hệ thống và hoạt động ổn định:Khi nhà máy xử lý nước thải gặp phải tải trọng sốc, hoạt động bùn giảm hoặc thời gian phục hồi điều chỉnh hệ thống, việc bổ sung nguồn carbon hợp lý có thể kích hoạt và phục hồi hoạt động của vi khuẩn, tăng cường hiệu suất lắng bùn và phục hồi và ổn định hiệu quả xử lý của toàn bộ hệ thống.
Tóm lại, phán đoán khoa học và hợp lý cùng việc bổ sung kịp thời các nguồn cacbon là một trong những biện pháp chính để tối ưu hóa hiệu quả loại bỏ nitơ và loại bỏ phốt pho. Các quyết định chính xác cần được đưa ra dựa trên các thông số vận hành thực tế của nhà máy xử lý nước thải (như nồng độ BOD, N, P, hoạt động của vi sinh vật, v.v.) và đặc điểm quy trình.