1. TỔNG QUAN VỀ VÁNG BỌT TRONG BỂ HIẾU KHÍ

Bọt sinh ra hàng loạt là kết quả của hoạt động không mong muốn của vi khuẩn hoặc xả thải hóa chất. Bọt gồm không khí hoặc khí bong bóng bọt nằm dưới một lớp mỏng của chất rắn. Khí điển hình trong bọt bao gồm những sản phẩm do vi khuẩn phân hủy cBOD và bao gồm carbon dioxide (CO₂), nitơ phân tử (N₂) và nitrous oxide (N₂O).

Một số yếu tố ảnh hưởng và gây ra váng bọt trong bể hiếu khí SBR. Những yếu tố này bao gồm:

• Bùn thất thường

• Tăng trưởng không mong muốn sinh vật dạng sợi gây ra bọt

• Thiếu dưỡng chất

• Lão hóa bùn, bao gồm bùn trẻ

• Bùn xả cBOD hoà tan

• Chất hoạt động bề mặt

• Polymer dư thừa

• Bông sệt hoặc tăng trưởng Zoogloeal

• Chất rắn tinh dư thừa
>>>Xem thêm:

• Tính toán thiết kế bể SBR
• Giải pháp kiểm soát PH khi xảy ra quá trình Nitra hóa trong SBR

Bọt trong bể SBR có thể được mô tả bởi kết cấu và màu sắc (Bảng 13.1) của nó. Các kết cấu và màu sắc của bọt có thể khác nhau do tuổi của bùn trong SBR. Với sự gia tăng tuổi bùn, bọt trở nên nhớt hơn và sẫm màu hơn; với sự giảm tuổi bùn, bọt trở nên nhiều hơn và nhạt màu.

Khi bong bóng khí và khí thoát ra từ bọt, bọt bị phá vỡ. Các bọt vỡ thường được gọi là cặn bã (váng bọt). Bọt vỡ không nên bị nhầm lẫn với sự phát triển của váng bọt màu trên bề mặt các gạn lắng. Ở đây, váng bọt nâu hoặc xà phòng có thể xuất hiện sau khi một số lượng lớn vi khuẩn chết dần. Không có không khí hoặc khí bong bóng bọt dưới váng bọt.

Khi vi khuẩn chết, chúng tự phân giải; nghĩa là, chúng vỡ ra. Do quá trình tự phân, nhiều thành phần trong tế bào của vi khuẩn được giải phóng ra với số lượng lớn. Một số thành phần là axit béo. Axit béo ngắn – các hợp chất hữu cơ như chuỗi formate (CH₃COOH), acetate (CH₃CHOOH) và propionate (CH₃CH₂COOH). Khi axit béo kết hợp với số lượng lớn ion canxi (Ca²⁺), xà phòng hòa tan được sinh ra. Nước thải sinh hoạt thường có khoảng 150 mg/L các ion canxi hòa tan.

Vi khuẩn chết với số lượng lớn vì hai lý do. Thứ nhất, chúng chết đói khi chất nền thích hợp không có mặt. Thứ hai, chúng nhiễm độc tính.

Loại bỏ thường xuyên hoặc xả thải một lượng lớn các chất rắn hoặc chất rắn lơ lửng (MLSS) từ bể SBR trong vài tuần có thể dẫn đến việc tăng trưởng của vi khuẩn. Bởi vì vi khuẩn trẻ không sinh ra số lượng lớn các loại dầu so với vi khuẩn cũ, bong bóng khí và khí bị gắn kết bởi các chất rắn dẫn đến việc sinh ra bọt khác nhau trong mỗi quần thể vi khuẩn. Vi khuẩn trẻ sinh ra bọt nhớt màu nâu sáng, trong khi đó vi khuẩn già sinh ra bọt nhớt màu nâu sẫm. Vòng tròn trung tâm của bọt màu nâu sáng và bọt màu nâu sẫm có thể được quan sát trong SBR khi sục khí và trộn đều chấm dứt.

Có ba sinh vật dạng sợi gây ra bọt. Những sinh vật này là Microthrix parvicella, Nocardioforms và loại năm 1863. Loại bọt điển hình của sinh vật này là nhớt màu nâu.

Bọt của sinh vật dạng sợi có thể xảy ra bởi sự bài tiết của các hợp chất kỵ nước hoặc các chất béo và chất hoạt động bề mặt sinh học. Ví dụ, các hợp chất kỵ nước Microthrix parvicellaproduces bắt lấy các bong bóng khí và khí kết quả sinh ra bọt. Nocardioforms sinh ra các chất béo là các hạt bông và bắt lấy các bong bóng khí và khí, đến khi Nocardioforms chết và tự phân, chúng giải phóng các chất bề mặt sinh học làm thay đổi sức căng bề mặt của nước thải và sinh ra bọt.

Thiếu dưỡng chất thường xảy ra khi SBRb chứa lượng tương đối lớn nước thải công nghiệp giàu cBOD hòa tan (Bảng 13.2) nhưng lại thiếu lượng nitơ và phốt pho.

Trong lúc thiếu dưỡng chất, vi khuẩn trong các hạt bông sẽ hấp thụ cBOD.

Tuy nhiên, do thiếu nitơ hay phốt pho, các cBOD hòa tan có thể không bị phân hủy và các cBOD được chuyển đổi thành dạng polysaccharide không hòa tan và được lưu trữ bên ngoài các vi khuẩn. Khi các chất dinh dưỡng đầy đủ, các polysaccharides có khả năng hòa tan và bị phân hủy. Cho đến khi các polysaccharides hòa tan, chúng bắt  giữ các bong bóng khí và khí, dẫn đến sinh ra bọt.

Bọt có cấu trúc và màu sắc khác nhau được sinh ra ở tuổi bùn khác nhau. Bọt trắng được sinh ra ở tuổi bùn non còn bọt nhờn màu xám được sinh ra ở bùn già. Sự khác biệt trong kết cấu và màu sắc là do sự tích tụ của các loại dầu trong hạt bông được chuyển đến bọt.

Vi khuẩn sinh ra một số lượng tương đối nhỏ dầu tích tụ trong các hạt bông, trong khi vi khuẩn cũ sinh ra một số lượng tương đối lớn dầu. Vì vậy, bọt được sinh ra từ ​​các hạt bông bùn già thì sền sệt hơn và sẫm màu hơn bọt được sinh ra từ ​​các hạt bông bùn non.

Thiếu hụt dinh dưỡng thường được cải thiện xử lý bằng cách thêm các hợp chất hóa học chứa ammonium cho thiếu nitơ và orthophosphate cho thiếu phospho. Hóa chất có sẵn để sử dụng để điều chỉnh sự thiếu hụt chất dinh dưỡng cho nitơ và phốt pho được liệt kê trong Bảng 13.3.

Có một số loại bọt được sinh ra từ bùn lão hóa. Số lượng bọt được sinh ra có hoặc không thể có vấn đề và có thể được kiểm soát bằng cách tăng hoặc giảm MLVSS.

Chuỗi sản phẩm bọt từ khởi động, lão hóa và sự trưởng thành của các MLVSS thường như sau từ màu trắng đến màu trắng sắc nét đến màu nâu sắc nét đến nâu sẫm nhớt.

Bọt trắng động sinh ra ở bùn trẻ khi các quần thể vi khuẩn là tương đối nhỏ – ví dụ, <1000 mg/L MLVSS. Ở quần thể tương đối nhỏ, các vi khuẩn không thể phân hủy đầy đủ các chất hoạt động bề mặt vào SBR. Vì vậy, bọt trắng động xuất hiện.

Điều kiện hoạt động ở bùn trẻ và cho phép sự phát triển của bọt trắng động từ chất bề mặt bao gồm (1) ức chế hoặc độc tính, (2) phục hồi từ sự ức chế hay độc tính và (3) thải quá tải các chất rắn (MLVSS). Khi nồng độ MLVSS thích hợp (> 1000 mg/L), các vi khuẩn trong dung dịch hỗn hợp có khả năng làm giảm hoạt tính bề mặt và bọt trắng sắc nét xuất hiện.

Khi vi khuẩn trưởng thành hơn, các loại dầu được sinh ra nhiều hơn bởi các vi khuẩn. Những loại dầu tích tụ trong các hạt bông và tạo bọt. Vì vậy, các bọt trở nên nâu hơn. khi tuổi bùn vẫn tiếp tục tăng, sinh vật dạng sợi sinh bọt có thể sinh sôi nảy nở. Các chất béo và các hợp chất kỵ nước được sinh ra bởi các sinh vật  này và các loại dầu được tiết ra bởi vi khuẩn cũ dẫn đến việc hình thành bọt nhớt màu nâu.

Bùn xả cBOD hòa tan được coi là một lượng cBOD mà lớn hơn 2-3 lần cBOD điển hình trong thời gian 2-4h. Bùn thải thường đi kèm với nước thải công nghiệp, nhưng việc vận chuyển hoặc xả nhanh chóng nước thải rác đến SBR có thể xem xả bùn.

Trong sự hiện diện của các chất dinh dưỡng đầy đủ và lượng oxy hòa tan, vi khuẩn nhanh chóng phân hủy cBOD hòa tan. Điều này dẫn đến sự tăng trưởng của vi khuẩn trẻ và việc sinh ra số lượng phong phú polysaccharides hòa tan bắt giữ lấy các bong bóng khí và khí. Vì sự phát triển của vi khuẩn trẻ chỉ có một số lượng tương đối nhỏ các loại dầu được tích hợp vào các hạt bông, bọt sinh ra từ bùn xả cBOD hòa tan là bọt màu trắng động.

Sự hiện diện của chất hoạt động bề mặt dư thừa trong bể SBR làm thay đổi sức căng bề mặt của nước thải cho phép sinh ra bọt. Bọt bề mặt có màu trắng. Chất hoạt động bề mặt tạo bọt, bởi vì một số lượng thích hợp của vi khuẩn không có mặt để làm suy giảm hoạt động các chất bề mặt.

Điều kiện hoạt động mà cho phép sự phát triển của chất hoạt động bề mặt tạo bọt bao gồm (1) MLVSS thấp, (2) độc tính, (3) phục hồi từ độc tính, và (4) thải quá tải MLVSS.

Ngoài sinh ra bọt, chất hoạt động bề mặt còn có một số ảnh hưởng cần quan tâm. Những mối quan tâm bao gồm:

• Sự phân tán của các hạt bông và loại bỏ chất rắn tinh

• Ức chế và độc tính

• Chuyển oxy không hiệu quả trong các hệ thống sục khí

Nhiều chất hoạt động bề mặt như hợp chất chứa lưu huỳnh hoặc chất tẩy rửa sunfonat gây ảnh hưởng, cụ thể là việc sinh ra sulfat (SO₄^2-) khi các chất tẩy rửa bị phân hủy trong SBR (Hình 13.1).

Hình 13.1 Chất tẩy rửa sunfonat. Chất tẩy rửa sulfonat chứa lưu huỳnh trong nhóm chức năng chính, HSO₃. Khi chất tẩy rửa sulfonat bị phân hủy, nhóm này sinh ra số lượng lớn sulfate, SO₄^2-.

POLYMER DƯ

Polyme cation thường được sử dụng tại các quá trình bùn hoạt tính cho máy ép bùn, bùn dày và chất rắn. Một số polyme, đặc biệt là các polyme polyacrylamit, chứa nhóm amino (-NH₂) sinh ra amoni (NH₄⁺) khi polyme đang bị phân hủy (Hình 13.2).

Hình 13.2 Giải phóng amoni từ polyacrylamide polymer. Polyme Polyacrylamide chứa acrylamide (H₂NCOHCHCH). Khi acrylamide bị phân hủy, các nhóm amin (-NH₂) được sinh ra và tạo thành amoniac (NH₃) có độ pH cao (≥ 9.4) hoặc tạo thành amoni (NH₄⁺) ở pH thấp.

Amoni là tăng độ kiềm và thay đổi sức căng bề mặt của nước thải.

BÔNG NHỚT (SỆT)

Bông nhớt hoặc tăng trưởng Zoogloeal là sự gia tăng nhanh chóng và không mong muốn của các vi khuẩn tạo bông. Sự tăng trưởng này có thể xuất hiện dưới dạng hình cây (Hình 13.3) hoặc dưới dạng vô định hình (hình 13.4). Sự phát triển của bông nhớt kết quả sinh ra một số lượng phong phú nguyên liệu như chất keo để kết dính bong bóng khí và khí. Điều này sinh ra bọt trắng. Sự hiện diện của các bông keo nhớt hoặc Zoogloeal không mong muốn được đi kèm với (1) điều kiện ngược dòng của SBR hoặc sử dụng pha làm đầy tĩnh sinh ra phốt pho sinh học, (2) MCRT, (3) thiếu hụt chất dinh dưỡng cao, (4) axit hữu cơ và (5) F/M cao.

Hình 13.3 Zoogloeal đuôi gai tăng trưởng. Đuôi gai (“giống như răng” hay “như ngón tay”) Zoogloeal tăng trưởng ít thấy trong quá trình bùn hoạt tính hơn tăng trưởng Zoogloeal vô định hình. Đuôi gai thường xuất hiện ở bùn non hoặc thời gian lưu tế bào (MCRT).

Hình 13.4 Amorphous Zoogloeal tăng trưởng. Theo nhuộm Gram hoặc tăng trưởng Zoogloeal vô định hình, vi khuẩn tạo bông có thể được quan sát thấy mở rộng từ phía bên phải của hạt bông. Nhuộm Gram cho thấy sự hiện diện của các tế bào và số lượng tương đối lớn các nguyên liệu sền sệt đó bao quanh và phân tách các tế bào vi khuẩn.

CHẤT RẮN DƯ

Sự hiện diện của các chất rắn tinh dư thừa trong pha phản ứng có thể sinh ra bọt màu xám. Các chất rắn tinh đi vào SBR thường được thải từ các quá trình xử lý khác nhau như nồi kỵ khí hoặc khử nước.

2. GIẢI PHÁP