MLSS ảnh hưởng thế nào đến quá trình Nitrat hóa?

MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids) là nồng độ chất rắn lơ lửng có trong dịch hỗn hợp được lấy từ bể xử lý nước thải, thường được biểu thị bằng mg/l hoặc g/l, và trong nhiều trường hợp có thể đo bằng kg/m3.

Dịch hỗn hợp là hỗn hợp nước thải thô và bùn hoạt tính được chứa trong bể sục khí trong quá trình bùn hoạt tính lắng.

Là một phần quan trọng của quá trình bùn hoạt tính, nồng độ bùn MLSS được sử dụng để đánh giá lượng bùn có đủ sinh khối hoạt động và có khả năng xử lý hết lượng chất hữu cơ ô nhiễm có trong nước thải hay không. Hay MLSS còn được hiểu là tỷ lệ thức ăn cho hệ sinh khối F/M.

Trong hệ thống xử lý nước thải sinh học, MLSS là một trong những chỉ tiêu quan trọng phản ánh lượng bùn hoạt tính trong bể hiếu khí.

Tuy nhiên, nhiều hệ thống:

• MLSS rất cao
• bùn đẹp
• SV30 ổn định

Nhưng Amoni đầu ra vẫn tăng.

Điều này cho thấy:

MLSS cao không đồng nghĩa quá trình Nitrat hóa hoạt động tốt.

Quá trình xử lý Amoni phụ thuộc chủ yếu vào:

• mật độ vi khuẩn Nitrat hóa
• tuổi bùn
• DO
• tải hữu cơ
• điều kiện vận hành thực tế

Hình ảnh bể hiếu khí hệ thống xử lý nước thải 

Thông thường, hệ thống Nitrat hóa ổn định thường duy trì:

MLSS=2000−4000 mg/L

• Ở các hệ thống xử lý nước thải thông thường, nồng độ MLSS tiêu chuẩn thường dao động từ 2.000 đến 4.000 mg/L (tương đương 2 - 4 g/L).
• Nếu MLSS quá thấp (< 2.000 mg/L): Vi sinh vật không đủ để xử lý hết chất ô nhiễm, nước đầu ra không đạt chuẩn. Cần giảm lượng bùn xả bỏ.
• Nếu MLSS quá cao (> 4.000 mg/L): Bể sục khí bị quá tải, tiêu hao nhiều điện năng, vi sinh vật có thể chết do thiếu oxy và gây ra hiện tượng bùn khó lắng. Cần tiến hành xả bớt bùn dư

Tuy nhiên giá trị phù hợp còn phụ thuộc:

• loại nước thải
• tải Nitơ
• tuổi bùn
• hiệu suất sục khí
• tỷ lệ F/M

Vì sao MLSS quá thấp làm Amoni tăng?

Khi MLSS thấp:

• mật độ vi sinh Nitrat hóa giảm
• thời gian lưu bùn ngắn
• Nitrosomonas dễ bị rửa trôi

Do vi khuẩn Nitrat hóa có tốc độ sinh trưởng chậm hơn vi khuẩn dị dưỡng nên cần duy trì lượng bùn ổn định trong hệ thống.

Quá trình Nitrat hóa diễn ra theo phản ứng:

NH4+→NO2−→NO3−

Trong đó:

• Nitrosomonas oxy hóa NH4+ thành NO2-
• Nitrobacter chuyển NO2- thành NO3-

Nếu mật độ các chủng này giảm:

• Amoni đầu ra tăng
• Nitrat hóa không hoàn toàn
• Nitrit có thể tích tụ trong bể hiếu khí

MLSS quá cao có tốt không?

Nhiều hệ thống cố duy trì MLSS rất cao với mục tiêu tăng hiệu suất xử lý. Tuy nhiên:

MLSS>5000 mg/L

Có thể gây:

• bùn già
• thiếu oxy cục bộ
• giảm hiệu suất khuếch tán oxy
• giảm hoạt tính Nitrat hóa

Trong thực tế vận hành, nhiều hệ thống:

• MLSS trên 5000 mg/L
• DO đo tổng vẫn cao

Nhưng bên trong bông bùn vẫn thiếu oxy cục bộ khiến Nitrosomonas suy giảm hoạt tính.

Đây là nguyên nhân phổ biến làm:

• Amoni tăng
• Nitrat hóa kém ổn định
• bể hiếu khí nổi bọt hoặc bùn đen

DO bao nhiêu để Nitrat hóa hoạt động ổn định?

Vi khuẩn Nitrat hóa tiêu thụ oxy rất lớn. Hệ thống nên duy trì:

DO=2−4 mg/L

Nếu DO thấp:

• Nitrat hóa giảm mạnh
• NH4+ tích tụ
• vi khuẩn dị dưỡng cạnh tranh oxy mạnh hơn

Trong các hệ thống tải hữu cơ cao, dù DO trung bình vẫn đạt yêu cầu nhưng nhiều vùng vi mô trong bông bùn vẫn có thể thiếu oxy.

Vai trò của tuổi bùn trong Nitrat hóa

Ngoài MLSS, tuổi bùn (SRT) là yếu tố cực kỳ quan trọng.

Do Nitrosomonas sinh trưởng chậm nên cần:

• tuổi bùn đủ dài
• hạn chế xả bùn quá mức

Thông thường:

SRT>8  ngàygiúp hệ Nitrat hóa ổn định hơn trong nhiều hệ thống nước thải sinh hoạt và công nghiệp.

Tỷ lệ F/M ảnh hưởng Nitrat hóa thế nào?

Tỷ lệ F/M phản ánh cân bằng giữa:

• tải hữu cơ
• lượng bùn hoạt tính

F/M=Q×BOD​/V×MLSS

Nếu:

• F/M quá cao → sốc tải hữu cơ
• F/M quá thấp → bùn già

Cả hai đều có thể làm suy giảm quá trình Nitrat hóa.

Ví dụ thực tế

Giả sử:

• Q = 1000 m³/ngày
• BOD = 200 mg/L
• V = 500 m³
• MLSS = 3000 mg/L

Ta có:

F/M=1000×200/500×3000

Sau quy đổi đơn vị:

F/M≈0.13

=> Mỗi 1 kg vi sinh (MLSS) đang xử lý khoảng 0.13 kg BOD mỗi ngày.

=> Đây là khoảng khá phù hợp cho hệ Nitrat hóa ổn định.

Với Nitrat hóa :Thông thường: F/M=0.05−0.15

Là khoảng khá phù hợp để:

• Nitrosomonas phát triển ổn định
• hạn chế sốc tải
• hỗ trợ xử lý NH4 hiệu quả.

Dấu hiệu hệ Nitrat hóa hoạt động không ổn định

Một số dấu hiệu thường gặp:

• Amoni đầu ra tăng
• Nitrit tích tụ
• DO dao động mạnh
• MLSS cao nhưng xử lý Nitơ kém
• bùn lắng nhanh bất thường
• bể hiếu khí nổi bọt trắng

Đây là dấu hiệu cần kiểm tra:

• DO
• tuổi bùn
• tải Nitơ
• khả năng hoạt động của nhóm Nitrosomonas và Nitrobacter

Giải pháp ổn định Nitrat hóa trong bể hiếu khí

Kiểm soát MLSS phù hợp

Không nên duy trì MLSS quá cao kéo dài gây bùn già và giảm hiệu quả khuếch tán oxy.

Duy trì DO ổn định

Đảm bảo hệ thống sục khí hoạt động hiệu quả để hỗ trợ quá trình Nitrat hóa.

Kiểm soát tuổi bùn

Tránh xả bùn quá nhiều làm thất thoát vi sinh Nitrat hóa.

Hạn chế shock tải

Theo dõi:

• COD
• NH4+
• pH
• hóa chất độc

để tránh suy giảm hệ vi sinh.

Bổ sung vi sinh Nitrat hóa chuyên dụng

Một số hệ thống tải Nitơ cao sử dụng các dòng vi sinh chứa:

• Nitrosomonas
• Nitrobacter

nhằm hỗ trợ phục hồi hệ Nitrat hóa sau shock tải hoặc khi Amoni đầu ra tăng cao như Microbe-Lift N1.

Kết luận

MLSS phù hợp cho Nitrat hóa thường nằm trong khoảng:

MLSS=2000−4000 mg/L

Tuy nhiên, Nitrat hóa ổn định không chỉ phụ thuộc MLSS mà còn liên quan đến:

• DO
• tuổi bùn
• tải hữu cơ
• tỷ lệ F/M
• hoạt tính của nhóm vi khuẩn Nitrosomonas và Nitrobacter.

Việc kiểm soát đồng thời các yếu tố này giúp hệ thống xử lý Amoni hiệu quả và ổn định hơn trong vận hành thực tế.