Trong các hệ thống xử lý nước thải, vai trò của vi sinh vật là không thể thay thế, đặc biệt là trong việc phân hủy và chuyển hóa các chất ô nhiễm hữu cơ. Tuy nhiên, để vi sinh vật hoạt động tối ưu, các điều kiện môi trường như nhiệt độ, pH, oxy, và dinh dưỡng phải được duy trì ở mức phù hợp. Việc kiểm soát chặt chẽ các yếu tố này sẽ giúp tăng cường hiệu quả xử lý, đảm bảo quá trình làm sạch nước thải diễn ra một cách hiệu quả.

1. Nhiệt độ

Nhiệt độ là yếu tố rất quan trọng, ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ sinh trưởng và hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật. Nhiệt độ lý tưởng cho vi sinh vật trong các hệ thống xử lý nước thải thường nằm trong khoảng 25-35°C. Tuy nhiên, mỗi loại vi sinh vật lại có một khoảng nhiệt độ tối ưu riêng:

• Vi sinh vật ưa nhiệt: Thường hoạt động mạnh mẽ ở nhiệt độ cao hơn, từ 40-70°C. Các loại vi sinh vật này thường được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải kỵ khí hoặc bùn hoạt tính với nhiệt độ cao.
• Vi sinh vật ưa mát: Loại này phát triển tốt trong môi trường có nhiệt độ từ 20-35°C và thường xuất hiện trong các hệ thống xử lý nước thải hiếu khí.

Việc nhiệt độ môi trường quá thấp hoặc quá cao đều có thể làm giảm khả năng xử lý của vi sinh vật. Khi nhiệt độ thấp, các phản ứng sinh học sẽ chậm lại, dẫn đến hiệu suất xử lý giảm sút. Ngược lại, nếu nhiệt độ vượt quá ngưỡng tối ưu, vi sinh vật có thể bị chết, dẫn đến sụt giảm số lượng và ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải​

2. Độ pH

Độ pH ảnh hưởng mạnh đến hoạt động enzyme và khả năng sinh sản của vi sinh vật. Các hệ thống xử lý nước thải thường hoạt động tốt nhất ở môi trường trung tính hoặc hơi kiềm, với pH từ 6.5 đến 8.5. Khi pH ra khỏi ngưỡng này, hiệu suất xử lý sẽ bị giảm sút nghiêm trọng:

• pH thấp (axit): Ở pH dưới 6, vi sinh vật có lợi sẽ bị ức chế và giảm hoạt động, trong khi các loại vi sinh vật không mong muốn như nấm sợi có thể phát triển mạnh, cạnh tranh dinh dưỡng và oxy với vi sinh vật có lợi, gây ra hiện tượng bùn nổi và khó lắng.
• pH cao (kiềm): Ở pH lớn hơn 8.5, các hệ enzyme của vi sinh vật bị ảnh hưởng, làm suy giảm khả năng xử lý các chất hữu cơ. Đồng thời, nồng độ NH₃ sẽ tăng cao, gây độc hại cho các vi sinh vật và ảnh hưởng đến quá trình xử lý nito​

Để đảm bảo pH ổn định, hệ thống xử lý cần kiểm tra thường xuyên và điều chỉnh bằng cách thêm axit hoặc bazo nếu cần thiết. Phương pháp phổ biến bao gồm sử dụng xút vảy hoặc axit HCl để điều chỉnh độ pH về mức lý tưởng.

3. Nồng độ oxy hòa tan

Trong các hệ thống xử lý nước thải hiếu khí, oxy hòa tan (DO) là yếu tố không thể thiếu. Nồng độ oxy hòa tan cần duy trì ở mức từ 2-4 mg/L để vi sinh vật có đủ oxy để hô hấp và phân hủy chất hữu cơ. Nếu nồng độ DO quá thấp, vi sinh vật sẽ chuyển sang quá trình lên men kỵ khí, giảm hiệu quả xử lý và tạo ra các sản phẩm không mong muốn như axit béo và khí metan, gây mùi hôi​

Để đảm bảo lượng oxy hòa tan đủ cho vi sinh vật, các hệ thống xử lý nước thải thường sử dụng máy thổi khí hoặc máy khuấy để tăng cường oxy vào nước. Bên cạnh đó, việc giám sát DO liên tục cũng là yếu tố quan trọng giúp điều chỉnh quá trình xử lý.

4. Nồng độ dinh dưỡng

Các chất dinh dưỡng như carbon, nitơ và phosphor là các thành phần thiết yếu cho sự sinh trưởng của vi sinh vật. Tỷ lệ các chất dinh dưỡng phải được duy trì ở mức cân bằng để đảm bảo sự phát triển tối ưu của vi sinh vật:

• Carbon (C): Là nguồn năng lượng chính cho vi sinh vật, thường được cung cấp từ các chất hữu cơ có trong nước thải.
• Nitơ (N): Là yếu tố cần thiết cho quá trình tổng hợp protein và các acid nucleic, tham gia vào các phản ứng chuyển hóa chất hữu cơ.
• Phosphor (P): Cần thiết cho việc tạo ra các hợp chất năng lượng cao như ATP, tham gia vào quá trình trao đổi năng lượng trong tế bào.

Nếu thiếu một trong các chất dinh dưỡng này, tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật sẽ giảm mạnh, ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả xử lý nước thải. Ngược lại, nếu các chất dinh dưỡng quá dư thừa, hệ thống có thể gặp hiện tượng phát triển quá mức của vi sinh vật, gây ra tắc nghẽn trong các thiết bị lọc và giảm hiệu quả xử lý​

5. Các yếu tố khác

Ngoài các yếu tố chính như nhiệt độ, pH, oxy và dinh dưỡng, còn có nhiều yếu tố khác ảnh hưởng đến vi sinh vật trong quá trình xử lý nước thải:

• Tốc độ dòng chảy: Tốc độ dòng chảy quá thấp sẽ hạn chế sự tiếp xúc giữa vi sinh vật và chất ô nhiễm, trong khi tốc độ quá cao có thể làm trôi bùn vi sinh ra khỏi hệ thống​
• Các chất độc hại: Các chất như kim loại nặng, chất hóa học độc hại có thể làm chết vi sinh vật hoặc ức chế hoạt động enzyme, gây ra sự cố trong hệ thống xử lý nước thải.

Kết luận

Việc kiểm soát các yếu tố môi trường như nhiệt độ, pH, oxy, và nồng độ dinh dưỡng là chìa khóa để đảm bảo sự sinh trưởng và hoạt động hiệu quả của vi sinh vật trong hệ thống xử lý nước thải. Bằng cách duy trì các điều kiện này ở mức tối ưu, hiệu quả xử lý sẽ được cải thiện, giúp loại bỏ các chất ô nhiễm một cách hiệu quả hơn, bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.