Kiểm soát SRT để duy trì vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter trong xử lý nước thải

1. Giới thiệu

Trong hệ thống xử lý nước thải sinh học, Nitrat hóa (Nitrification) là quá trình quyết định khả năng loại bỏ Amoni (NH₄⁺-N) và tạo tiền đề cho quá trình khử Nitơ tổng. Hiệu quả Nitrat hóa phụ thuộc vào nhiều yếu tố như DO, pH, nhiệt độ, độ kiềm, tải trọng hữu cơ và đặc biệt là SRT (Solids Retention Time – thời gian lưu bùn).

Nếu SRT quá thấp, các vi khuẩn Nitrat hóa có tốc độ sinh trưởng chậm sẽ bị rửa trôi khỏi hệ thống, dẫn đến Amoni đầu ra tăng cao và Nitơ tổng không đạt quy chuẩn.

Trong đó, hai nhóm vi khuẩn quan trọng nhất là:

• Nitrosomonas: Oxy hóa Amoni (NH₄⁺) thành Nitrit (NO₂⁻).
• Nitrobacter (hoặc trong nhiều hệ thống hiện đại còn có Nitrospira chiếm ưu thế): Oxy hóa Nitrit (NO₂⁻) thành Nitrat (NO₃⁻).

Do tốc độ phát triển chậm, các vi khuẩn này chỉ có thể duy trì ổn định khi SRT được kiểm soát phù hợp.

2. SRT là gì?

SRT là viết tắt của cụm từ tiếng Anh Solids Retention Time (thường được gọi là Thời gian lưu bùn hoặc Tuổi bùn).

Đây là một thông số vận hành cốt lõi trong công nghệ xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính (Aerotank), thể hiện thời gian trung bình mà một tế bào vi sinh vật (bùn) lưu lại bên trong hệ thống trước khi bị thải bỏ hoặc lọt ra ngoài theo nước thải.

Dưới đây là các đặc điểm cốt lõi giúp bạn dễ hiểu và phân biệt thông số này:

Ý nghĩa thực tế của SRT

• Quy định loại vi khuẩn: SRT quyết định chủng loại vi sinh vật nào có thể sống trong bể. Vi khuẩn dị dưỡng (ăn BOD) lớn nhanh nên cần SRT ngắn (3 - 5 ngày). Vi khuẩn tự dưỡng (nitrat hóa NH₄⁺) lớn rất chậm nên cần SRT dài hơn (10 - 20 ngày).
• Công cụ kiểm soát bùn: SRT là công cụ giúp kỹ sư vận hành quyết định ngày hôm nay phải xả bỏ bao nhiêu m³ bùn dư  ra khỏi hệ thống để giữ cho mật độ vi sinh vật luôn ổn định, không quá già cũng không quá non.

Ví dụ: Nếu tổng khối lượng vi sinh vật trong bể hiếu khí là 1.000 kg, và mỗi ngày bạn xả bỏ 50 kg bùn dư ra máy ép bùn hoặc bể chứa bùn, thì tuổi bùn (SRT) của hệ thống là: 1.000 / 50 = 20 ngày.

• Con số 20 ngày (SRT) có nghĩa là: Một con vi khuẩn từ khi sinh ra, lớn lên, thực hiện nhiệm vụ ăn chất bẩn (nitrat hóa) trong bể hiếu khí (Aerotank) cho đến khi bị xả bỏ ra ngoài có khoảng thời gian trung bình là 20 ngày.
• Vi khuẩn này ở lại và làm việc liên tục trong bể Aerotank nhờ vào việc lắng xuống ở bể lắng thứ cấp rồi được bơm tuần hoàn quay trở lại bể hiếu khí.

• Để biết lượng vi sinh vật tăng hay giảm hàng ngày mà không cần đợi sấy cân mất thời gian, bạn có thể đong 1 lít nước bùn vào ống đong thủy tinh, để lắng trong 30 phút (gọi là chỉ số SV30). Nếu bùn lắng đạt từ 200 mL đến 300 mL và nước phía trên trong vắt thì hệ thống đang có lượng vi sinh vật rất ổn định.

3. Vai trò của SRT đối với Nitrat hóa

Nitrosomonas và Nitrobacter có tốc độ sinh trưởng thấp hơn rất nhiều so với vi khuẩn phân hủy COD.

Nếu SRT nhỏ hơn tốc độ tăng trưởng tối thiểu của chúng:

• Vi khuẩn bị cuốn theo bùn thải.
• Quần thể Nitrat hóa giảm nhanh.
• Hệ thống mất khả năng oxy hóa Amoni.

Kết quả là:

• NH₄⁺ đầu ra tăng.
• NO₂⁻ có thể tích tụ.
• Nitơ tổng không đạt.
• Hiệu suất xử lý giảm đáng kể.

4. Quá trình Nitrat hóa

Bước 1

Nitrosomonas:

NH₄⁺ + 1,5O₂ → NO₂⁻ + H₂O + 2H⁺

Bước 2

Nitrobacter:

NO₂⁻ + 0,5O₂ → NO₃⁻

Quá trình trên tiêu thụ:

• Oxy
• Kiềm
• Thời gian lưu bùn đủ dài

5. Giá trị SRT khuyến nghị

Lưu ý: Đây là giá trị tham khảo. SRT tối ưu phụ thuộc vào nhiệt độ, tải trọng hữu cơ, loại nước thải và cấu hình công nghệ (CAS, MBBR, IFAS, MBR...).

6. Các yếu tố ảnh hưởng đến SRT

6.1 Nhiệt độ

Nhiệt độ càng thấp:

• tốc độ phát triển Nitrosomonas càng giảm,
• cần SRT lớn hơn để duy trì quần thể.

Ví dụ:

6.2 DO

Khuyến nghị: DO Aerotank: 2–3 mg/L

Nếu DO thấp:

• Nitrat hóa giảm.
• Nitrit tích tụ.

6.3 pH

Khoảng tối ưu:7,0–8,2

pH thấp:

• Nitrosomonas bị ức chế.
• Tốc độ Nitrat hóa giảm.

6.4 Độ kiềm

Quá trình Nitrat hóa tiêu hao khoảng 7,14 mg CaCO₃ cho mỗi 1 mg NH₄⁺-N được oxy hóa.

Nếu thiếu kiềm:

• pH giảm.
• Hiệu quả Nitrat hóa giảm mạnh.

6.5 Tải trọng hữu cơ (F/M)

F/M quá cao:

• Vi khuẩn dị dưỡng phát triển mạnh.
• Cạnh tranh oxy và không gian với vi khuẩn Nitrat hóa.

7. Dấu hiệu SRT quá thấp

• Amoni đầu ra tăng.
• Nitrit xuất hiện.
• Nitrat giảm.
• MLSS giảm nhanh.
• Cần xả bùn ít nhưng Amoni vẫn không đạt.
• Hiệu suất Nitrat hóa suy giảm sau khi tăng lưu lượng bùn thải.

8. Dấu hiệu SRT quá cao

• Bùn già.
• SVI tăng.
• Bùn khó lắng.
• Tiêu thụ oxy nội sinh tăng.
• Chi phí sục khí tăng.
• Bùn hoạt tính mất hoạt tính.

9. Cách kiểm soát SRT

Giảm lượng bùn thải (WAS)

Nếu SRT thấp:

• giảm lưu lượng bùn xả,
• theo dõi MLSS.

Kiểm soát MLSS

Thông thường:

• 3.000–4.500 mg/L (bùn hoạt tính truyền thống).

Không nên tăng MLSS quá cao nếu hệ thống không được thiết kế cho tải trọng đó.

Theo dõi Amoni

Nếu NH₄⁺ tăng:

Kiểm tra:

• SRT.
• DO.
• pH.
• Kiềm.
• Độc chất.

Theo dõi Nitrit

NO₂⁻ tăng thường là dấu hiệu quá trình Nitrat hóa chưa hoàn tất.

Theo dõi Nitrat

Nếu NO₃⁻ giảm bất thường:

• Nitrat hóa suy giảm, hoặc
• Khử Nitrat đang diễn ra mạnh trong vùng thiếu oxy.

10. Ví dụ thực tế

Một hệ thống xử lý nước thải thực phẩm:

• Lưu lượng: 500 m³/ngày
• MLSS: 3.200 mg/L
• SRT: 5 ngày

Kết quả:

• NH₄⁺ đầu ra: 32 mg/L
• Nitrit tăng.
• Nitrat rất thấp.

Đối với nước thải ngành chế biến thực phẩm, quy chuẩn bắt buộc áp dụng hiện hành là QCVN 40:2025/BTNMT (Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp). Giá trị giới hạn được quy định cụ thể như sau:

1. Tiêu chuẩn Amoni theo QCVN 40:2025/BTNMT

Tiêu chuẩn chia làm 2 cột chính dựa vào nguồn mà nhà máy bạn xả nước thải vào:

• Cột A (Đạt chuẩn xả vào nguồn nước dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt):
  •  
  • Nồng độ Amoni tối đa cho phép là 5 mg/L.
• Cột B (Đạt chuẩn xả vào nguồn nước KHÔNG dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt - ví dụ: sông ngòi thông thường, kênh rạch):
  •  
  • Nồng độ Amoni tối đa cho phép là 10 mg/L.

Lưu ý: Giá trị thực tế phải nhân thêm hệ số lưu lượng nguồn tiếp nhận  và hệ số công suất nhà máy , nên tiêu chuẩn thực tế thường dao động trong khoảng 4 - 9 mg/L đối với Cột A và 8 - 18 mg/L đối với Cột B.

Sau khi điều chỉnh:

• Giảm WAS.
• Tăng SRT lên 12 ngày.
• Duy trì DO khoảng 2,2 mg/L.
• Bổ sung kiềm khi cần.

Sau khoảng 2–3 tuần (tùy nhiệt độ và điều kiện vận hành), hiệu suất Nitrat hóa cải thiện rõ rệt:

• NH₄⁺ giảm.
• NO₃⁻ tăng.
• Nitơ tổng ổn định hơn.

11. Sai lầm thường gặp

• Chỉ tăng DO mà không kiểm tra SRT.
• Tăng MLSS nhưng vẫn xả bùn nhiều.
• Giảm xả bùn quá mức làm bùn già.
• Không theo dõi Nitrit.
• Không kiểm tra độ kiềm.
• Không tính SRT định kỳ.
• Đánh giá hiệu quả chỉ dựa trên COD mà bỏ qua NH₄⁺, NO₂⁻ và NO₃⁻.

12. Kết luận

Kiểm soát SRT là yếu tố cốt lõi để duy trì quần thể vi khuẩn Nitrat hóa trong hệ thống xử lý nước thải. Một giá trị SRT phù hợp giúp Nitrosomonas và Nitrobacter/Nitrospira phát triển ổn định, nâng cao hiệu quả chuyển hóa Amoni thành Nitrat và tạo điều kiện cho quá trình khử Nitơ tổng.

Để duy trì hiệu suất Nitrat hóa lâu dài, cần kết hợp kiểm soát SRT, DO, pH, độ kiềm, tải trọng F/M và chế độ xả bùn, đồng thời theo dõi thường xuyên các chỉ tiêu NH₄⁺, NO₂⁻ và NO₃⁻ để phát hiện sớm các bất thường.

Tham khảo men vi sinh chứa các chủng Nitrosomonas và Nitrobacter tại đây: https://visinhmicrobelift.com/cac-chung-vi-sinh-hieu-khi-cho-he-thong-xu-ly-nuoc-thai

Tham khảo men vi sinh xử lý AMONI tại đây: https://visinhmicrobelift.com/vi-sinh-xu-ly-amoni-nito

Tham khảo men vi sinh xử lý Nito tổng tại đây : https://visinhmicrobelift.com/microbe-lift-n1-vi-sinh-xu-ly-nito

LIÊN HỆ HOTLINE: 0879 168 789