1. Định nghĩa

Giá thể vi sinh là một loại vật liệu được bổ sung vào quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học để tăng diện dích tiếp xúc giữa vi sinh và nước thải. Từ đó gia tăng sinh khối làm quá trình phân hủy sinh học diễn ra nhanh chóng với hiệu suất xử lý cao.

  1. Nguyên lý hoạt động của giá thể vi sinH

Nguyên lý hoạt động của giá thể vi sinh dựa vào diện tích tiếp xúc của giá thể, vi sinh sẽ dính bám trên bề mặt tạo thành lớp màng nhầy có tác dụng phân hủy sinh học. Quy luật chung trong sự phát triển của màng vi sinh vật bởi quá trình tiêu thụ cơ chất có trong nước thải và làm sạch nước thải.

  1. Quá trình dính bám của giá thể vi sinh có thể chia thành 4 giai đoạn như sau:

Giai đoạn 1: Kết dính ban đầu. Là quá trình vi sinh bám vào bề mặt của giá thể tạo thành lớp màng. Trong điều kiện này, tất cả vi sinh vật phát triển như nhau, cùng điều kiện, sự phát triển giống như quá trình vi sinh vật lơ lửng

Giai đoạn 2: Phát triển. Vi sinh vật bắt đầu phát triển trên lớp màng bắt đầu quá trình phân hủy sinh học

Giai đoạn 3: Trưởng thành. Là giai đoạn vi sinh đã phát triển, lớp màng đã dày lên, hiệu suất phân hủy sinh học cao nhất. Lượng cơ chất đưa vào phải đủ cho quá trình trao đổi chất, nếu không sẽ có sự suy giảm sinh khối và lớp màng sẽ bị mỏng dần đi nhằm đạt tới cân bằng mới giữa cơ chất và sinh khối.

Giai đoạn 4: Phân tán. Sau khi phát triển đến độ dày nhất định, lớp màng không dày lên nữa và trở nên ổn định. vi sinh sẽ tróc ra khỏi bề mặt của giá thể. Sự trao đổi chất diễn ra để phân hủy chất hữu cơ thành CO2 và nước. Lượng vi sinh vật không thay đổi do chiều dày lớp màng hiệu quả không thay đổi và không có sự gia tăng sinh khối trong giai đoạn này. Lượng cơ chất phải đủ cho quá trình trao đổi chất, nếu không vi sinh sẽ thiếu dinh dưỡng và bắt đầu phân hủy nội bào để cân bằng với cơ chất và sinh khối
Các giai đoạn trên sẽ diễn ra cùng lúc xen kẽ với nhau giúp quá trình phân hủy sinh học diễn ra liên tục. Quá trình phân hủy nội bào và quá trình trao đổi chất sẽ diễn ra đồng thời với nhau. Khi đó tốc độ phát triển màng cân bằng với tốc độ suy giảm bởi sự phân huỷ nội bào.

  1. Ưu điểm của quá trình xử lý nước thải sử dụng giá thể vi sinh

 Quá trình xử lý nước thải sử dụng giá thể vi sinh có nhiều ưu điểm nổi trội hơn so với quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính hiếu khí lơ lửng. Các lợi điểm đó bao gồm:

  • Hệ vi sinh bền: các giá thể vi sinh tạo cho màng sinh học 1 môi trường bảo vệ, do đó, hệ vi sinh xử lý dễ phục hồi hơn.
  • Mật độ vi sinh xử lý trong mỗi đơn vị thể tích cao hơn: so với bể thổi khí thông thường, mật độ vi sinh xử lý trong mỗi đơn vị thể tích cao hơn, do đó thể tích bể xử lý nhỏ hơn và hiệu quả xử lý chất hữu cơ cao hơn
  • Vi sinh xử lý được “chuyên môn hóa”: các nhóm vi sinh khác nhau phát triển giữa các lớp màng vi sinh, điều này giúp cho các lớp màng sinh học phát triển theo xu hướng tập trung vào các chất hữu cơ chuyên biệt.
  • Tiết kiệm năng lượng
  • Thân thiện môi trường hơn so với các các hệ thống xử lý hiếu khí nước thải sinh hoạt và công nghiệp.
  • Dễ vận hành.
  • Tải trọng cao: khả năng phát triển của màng sinh học theo tải trọng tăng dần của chất hữu cơ làm cho bể MBBR Chip có thể vận hành ở tải trọng cao với đầu tư vận hành thấp.
  • Chống shock tải trọng.
  • Dễ dàng cải tạo, nâng cấp.
  • Dễ kiểm soát hệ thống, có thể bổ sung giá thể MBBR Chip tương ứng với tải trọng ô nhiễm và lưu lượng nước thải. Trường hợp tăng công suất hoặc tải trọng hệ thống lên 50%, chỉ cần bổ sung giá thể MBBR Chip vào bể sinh học mà không cần mở rộng thể tích bể sinh học.
  • Tiết kiệm 30-40% thể tích bể so với công nghệ bùn hoạt tính lơ lửng.

E. Tổng hợp các loại giá thể vi sinh thường dùng cho xử lý nước thải.

  • Giá thể vi sinh MBBR
  • Giá thể vi sinh dạng quả cầu
  • Giá thể vi sinh dạng sợi, dạng tổ ong  

            1. Giá thể vi sinh di động MBBR
             a. Tính năng nổi bật

-  Chiếm ít diện tích bể sinh học

-  Hiệu quả xử lý BOD, COD, Nito, Photpho cao
- Quá trình vận hành đơn giản
- Chi phí bảo trì, bảo dưỡng thấp
- Độ bền cao
- Lượng bùn phát sinh thấp
- Giảm thiểu mùi hôi ở quá trình xử lý sinh học
- Mật độ vi sinh trong bể sinh học cao, do vậy tải trọng hữu cơ của giá thể MBBR rất cao
- Chủng loại vi sinh vật xử lý đa dạng: Lớp màng biofilm phát triển tùy thuộc vào loại chất hữu cơ và tải trọng hữu cơ trong bể xử lý
- Sử dụng được cho quá trình sinh học thiếu khí (Anoxic) và hiếu khí (Aerobic)

            b. Phương pháp lắp đặt giá thể di động MBBR
-  Giá thể vi sinh di động MBBR được lắp đặt rất đơn giản, chỉ cần đổ trực tiếp vào bể sinh học đang sục khí giá thể MBBR sẽ tự động phân tán đều khắp nơi trong bể (khoảng 30′).
-  Trước khi đổ giá thể dạng cầu vào bể vi sinh cần chế tạo lớp lưới chắn giá thể MBBR ngăn không cho quả cầu chui vào ống dẫn sang bể lắng, gây tổn thất giá thể.
- Sau khoảng 25 – 30 ngày vận hành thì trên giá thể MBBR sẽ hình thành lớp màng vi sinh dính bám, lúc này hệ thống mới cho chất lượng nước tốt nhất.
- Thể tích giá thể MBBR được khuyến cáo từ 50 – 60% thể tích của bể sinh học cần xử lý
           2. Gía thể vi sinh dạng tổ ong
           a. Tính năng nổi bật

-  Độ dày đồng nhất
-  Tốc độ lưu thông khí và nước cao
-   Độ bám dính vi sinh tương đối cao
-   Chi phí thấp cho việc lắp đặt và vận hành
-   Độ bền sản phẩm cao và giảm thiểu tối đa sự tắc nghẽn
-   Chịu được hoá chất ăn mòn đối với các chất hoà tan trong nước
-   Dễ vận chuyển và lắp đặt
-   Sử dụng được cho quá trình sinh học thiếu khí (Anoxic) và hiếu khí (Aerobic)
          b. Phương án lắp đặt

- Bước 1: Dán các tấm giá thể lại với nhau bằng keo dán ống nước sao cho các mí khớp với nhau thành các khối giá thể có kích thước D x R x C = 1,0 x 0,5 x 0,5m
- Bước 2: Lắp đặt khung đỡ phía dưới cho giá thể (tham khảo hình phía dưới) đảm bảo chắc chắn, chịu được áp suất 1,0 – 1,5 bar
- Bước 3: Lắp đặt các khối giá thể đã dán vào bể sinh học sao cho tạo thành các khối xếp chồng lên nhau, chiều rỗng của giá thể đặt dọc bể để khí và nước thoát lên dễ dàng. Chiều cao của giá thể tùy theo thiết kế từ 1,0m – 2,0m
- Bước 4: Lắp đặt khung đỡ giá thể phía trên đảm bảo cứng chắc trong quá trình vận hành
        3. Gía thể vi sinh dạng cầu
        a. Thông số kĩ thuật

-   Kích thước: D50mm hoặc D100mm
-   Vật liệu: nhựa PP đúc nguyên khối
-    Bề mặt tiếp xúc: 156m2/m3
-    Số lượng quả cầu/m3: 6000 trái/m3 đối với  quả cầu D50mm, 1500 trái/m3 đối với  quả cầu D100mm,
-   Đệm vi sinh dạng cầu sản xuất tại Việt Nam

            b. Tính năng nổi bật
-  Giá thể vi sinh dạng cầu được đánh giá là loại giá thể có độ bền cao (>5 năm);
-    Diện tích tiếp xúc lớn, tốc độ bám dính cao cho ra chất lượng nước trong bể vi sinh rất tốt;
-     Chịu được áp suất làm việc cao;
-     Do có thể di chuyển tự do linh động nên sử dụng giá thể vi sinh dạng cầu giảm được các góc chết trong bể vi sinh, tăng khả năng tiếp xúc giữa nước thải và vi sinh;
-     Dễ dàng vận chuyển và thi công lắp đặt, có lắp đặt với mọi kích thước và thể tích của bể sinh học;
-    Thích hợp với nhiều loại nước thải công nghiệp và sinh hoạt khác nhau;
-    Chịu được tải trọng sục khí lớn, áp suất cao.
             c. Phương án lắp đặt
-     Giá thể vi sinh dạng cầu được lắp đặt rất đơn giản, chỉ cần đổ trực tiếp vào bể sinh học đang sục khí giá thể dạng cầu sẽ tự động phân tán đều khắp nơi trong bể (khoảng 30′);
-    Trước khi đổ giá thể dạng cầu vào bể vi sinh cần chế tạo rổ chắn quả cầu ngăn không cho quả cầu chui vào ống dẫn sang bể lắng;
-      Sau khoảng 30 – 45 ngày vận hành thì trên quả cầu sẽ hình thành lớp màng vi sinh dính bám, lúc này hệ thống mới cho chất lượng nước tốt nhất.