Trong bể sục khí hoặc bể lắng thứ cấp có thể xuất hiện số lượng lớn vi sinh vật dạng sợi làm nổi bọt và tích tụ trên mặt nước. Điều này có thể dẫn đến tăng nồng độ chất hữu cơ và chất rắn lơ lửng trong nước thải, tạo ra mùi hôi hoặc khí độc hại, làm giảm hiệu suất vận chuyển oxy trong hệ thống sục khí cơ học và gây ra bọt bề mặt quá mức trong quá trình phân hủy bùn tiếp theo.
Tuy nhiên, nên tránh sử dụng bừa bãi các chất khử bọt hóa học khi cố gắng kiểm soát bọt sinh học.
Tại sao bọt sinh học xảy ra?
Khi khí được đưa vào chất lỏng, chất lỏng nở ra và bao quanh khí, tạo thành bọt.
Sự hình thành và ổn định của bọt đòi hỏi ba điều kiện thiết yếu: bọt khí, chất hoạt động bề mặt và các hạt kỵ nước.
Bọt khí chủ yếu được tạo ra trong quá trình sục khí hiếu khí.
Chất hoạt động bề mặt có nguồn gốc từ dòng nước vào và cũng được tổng hợp bởi các vi sinh vật trong bùn hoạt tính.
Các hạt kỵ nước trong bể sinh học có nguồn gốc từ các vi sinh vật có bề mặt tế bào kỵ nước có trong bùn hoạt tính.
Cách xác định khả năng tạo bọt
Phương pháp đơn giản nhất là mô phỏng tốc độ sục khí tiêu chuẩn trong một bình chia độ chứa một thể tích bùn hoạt tính nhất định, sau đó phân loại bọt dựa trên thể tích và độ ổn định theo thời gian.
Tuyển nổi lặp lại cũng có thể được sử dụng bằng cách đo tỷ lệ khối lượng chất rắn lơ lửng trước và sau khi sục khí.
Cả hai phương pháp đều cung cấp kết quả nhanh chóng nhưng có thể không thể hiện chính xác các điều kiện bể sục khí thực tế.
Các thử nghiệm kỵ nước trên bề mặt tế bào liên quan đến việc phân bố vi sinh vật giữa các pha nước và kỵ nước trong dung dịch hỗn hợp. Khả năng tạo bọt được xác định bằng cách đo độ hấp thụ của pha nước trước và sau khi xử lý. Phương pháp này có hiệu quả tốt đối với môi trường nuôi cấy thuần khiết nhưng dễ bị ảnh hưởng bởi các chất phức tạp trong nước thải thực tế.
Phương pháp sức căng bề mặt tận dụng thực tế là vi khuẩn-tạo bọt làm giảm sức căng bề mặt của dung dịch. Phương pháp này có thể được áp dụng cho cả bùn hỗn hợp và nuôi cấy thuần khiết, nhưng kết quả cũng bị ảnh hưởng bởi thành phần nước thải.
Chỉ số cặn bọt-đánh giá các đặc tính sinh học của bọt bằng cách sử dụng bảy thông số: màu bọt, kích thước bong bóng, độ ổn định, vùng phủ sóng, sự hiện diện của vi khuẩn dạng sợi, khả năng tạo bọt và tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng. Các trọng số khác nhau được gán cho từng tham số bằng cách sử dụng phân tích đường dẫn và mô hình phương trình cấu trúc để tính chỉ số cuối cùng.
Chỉ số cặn bọt-cho thấy mối tương quan tuyến tính mạnh mẽ với mức độ nghiêm trọng của hiện tượng tạo bọt sinh học.
Các loại bọt sinh học-Gây ra vi sinh vật
1. Vi khuẩn dạng sợi Nocardioid
Từ lâu, vi khuẩn dạng sợi Nocardioid được coi là nguyên nhân chính gây ra bọt sinh học. Các vi khuẩn dạng sợi Gram{1}}dương khác cũng đã được xác định là tác nhân gây ra hiện tượng đóng cặn bùn và tích tụ bọt nghiêm trọng.
"Nocardioid" dùng để chỉ vi khuẩn dạng sợi có hình dạng giống như xạ khuẩn-dưới kính hiển vi. Chúng là vi khuẩn gram dương, hiếu khí, dị dưỡng và có khả năng phân nhánh thực sự.
Chiều dài sợi: thường là 5,0–30 μm
Chiều rộng: khoảng 1,0 μm
Tế bào: hình dạng không đều, không có vỏ bọc
Tăng trưởng: tăng trưởng gắn liền,-không di động
Những vi khuẩn này có khả năng lưu trữ chất dinh dưỡng mạnh mẽ, cho phép chúng tồn tại và tích lũy trong môi trường-có ít chất dinh dưỡng bằng bọt.
Chúng có thể sử dụng nhiều nguồn cacbon, nitơ và phốt pho, mang lại cho chúng lợi thế cạnh tranh-đặc biệt là trong nước thải chứa nhiều chất nền kỵ nước.
2. Vi khuẩn vi sợi
Những vi khuẩn này bao quanh bên trong và bề mặt của khối bùn hoạt tính.
Chiều rộng: 0,6–0,8 mm
Chiều dài: 50–200 mm
Chúng không chứa các tế bào riêng lẻ có thể nhìn thấy được trong các sợi và thiếu vỏ bọc. Các sợi không phân nhánh và không{1}}chuyển động được.
Những vi khuẩn này nhạy cảm với nồng độ oxy cao và phát triển tốt nhất trong điều kiện vi hiếu khí.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tạo bọt sinh học
1. Nhiệt độ
Sự tạo bọt thường thay đổi theo mùa, trong đó nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng chính. Mặc dù nhiệt độ có thể không trực tiếp gây ra bọt nhưng nó ảnh hưởng đến các biến số khác như độ hòa tan oxy và độ hòa tan lipid trong nước.
2. Tuổi bùn
Vi khuẩn dạng sợi-gây bọt là những vi sinh vật-phát triển chậm với vòng đời dài. Tuổi bùn kéo dài thúc đẩy sự phát triển của chúng.
Ở những nhà máy xử lý nước thải có tải trọng thấp-có thời gian lưu nước lâu, hệ thống sục khí kéo dài sẽ dễ bị tạo bọt hơn. Khi bọt hình thành, thời gian lưu của nó trở nên độc lập với thời gian lưu của bùn trong bể sục khí, dẫn đến bọt bền và ổn định.
3. độ pH
Nước thải đô thị thường có độ pH từ 6,0 đến 8,0. Giảm độ pH xuống 5,0–5,6 có thể giúp giảm sự hình thành bọt.
Vi khuẩn Nocardioid: pH tối ưu ≈ 6,5
Vi khuẩn vi sợi: pH tối ưu 7,1–8,0
Điều này giải thích tại sao hệ thống sục khí oxy tinh khiết dễ bị tạo bọt hơn hệ thống sục khí. Độ pH trung bình trong sục khí không khí là khoảng 7,0, trong khi ở hệ thống oxy tinh khiết, nó gần hơn với 6,5.
4. Oxy hòa tan (DO)
Vi khuẩn Nocardioid rất hiếu khí và không thể phát triển trong điều kiện kỵ khí hoặc thiếu khí.
Vi khuẩn vi sợi có thể chịu được nhiều mức oxy hơn nhưng phát triển tốt nhất trong điều kiện-oxy thấp (vi hiếu khí).
DO thấp: tạo điều kiện cho vi khuẩn phát triển
High DO (>6 mg/L): ức chế vi khuẩn vi sợi
Cách kiểm soát bọt sinh học
1. Phương pháp hóa lý
Phương pháp vật lý:
Phun nước: đơn giản nhưng không hiệu quả lâu dài-vì bọt phân tán vẫn còn trong hệ thống
Loại bỏ bằng tay hoặc cơ học: làm tăng chi phí vận hành và tạo ra những thách thức về xử lý
Phương pháp hóa học:
Chất oxy hóa/chất khử trùng: clo, axit hypochlorous, hydro peroxide, ozone, muối amoni bậc bốn
Chất keo tụ: polyacrylamide, polyalumin clorua, clorua sắt, clorua sắt
Những phương pháp này chỉ mang lại hiệu quả tạm thời vì chúng không giải quyết được nguyên nhân gốc rễ. Chất khử trùng cũng có thể làm hỏng hệ thống bùn hoạt tính bằng cách tiêu diệt các vi sinh vật có lợi.
Không nên sử dụng bừa bãi các chất khử bọt vì chúng chủ yếu có hiệu quả đối với bọt hóa học chứ không phải bọt sinh học ổn định hơn.
2. Kiểm soát tuổi bùn
Giảm thời gian lưu bùn (SRT) là phương pháp hiệu quả nhất để kiểm soát bọt sinh học.
Phương pháp này hoạt động như một cơ chế chọn lọc sinh học, sử dụng chu kỳ phát triển dài hơn của bọt-khiến vi sinh vật ngăn chặn hoặc loại bỏ chúng khỏi hệ thống.
3. Công nghệ chọn lọc
Việc lắp đặt bộ chọn lọc (kỵ khí, thiếu khí hoặc hiếu khí) trước bể sục khí có thể kiểm soát hiệu quả vi khuẩn dạng sợi.
Bộ lọc là vùng trộn nơi bùn quay trở lại tương tác với nước thải đầu vào trước khi vào bể sục khí. Nó thúc đẩy sự hấp thu nhanh chóng của các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học.
Chức năng của bộ chọn:
Thúc đẩy vi khuẩn hình thành khối-
Ức chế sự phát triển của vi khuẩn dạng sợi
Giảm lượng bùn và bọt sinh học
Kiểm soát sự phân bố quần thể vi sinh vật
Bộ chọn có thể được phân loại thành:
hiếu khí
thiếu oxy
kỵ khí