Đại diện của các vi sinh vật hữu ích trực tiếp để loại bỏ BOD trong nước thải là vi khuẩn.  Vi khuẩn là vi sinh vật nhỏ nhất và đơn giản nhất về hình thái học. Mặc dù có thể xác nhận sự tồn tại của nó bằng kính hiển vi quang học, nhưng thường không thể xác định nếu không thực hiện các thử nghiệm sinh lý.

 Trong bùn hoạt tính xử lý nước thải có một số lượng lớn các sinh vật nguyên sinh và một phần các sinh vật vi mô, trọng lượng của chúng có thể chiếm 5%-10% tổng sinh khối, do hình dạng của chúng lớn hơn nhiều so với vi khuẩn, chúng có thể dễ dàng phân biệt bằng kính hiển vi. 

 I, Phân loại vi sinh vật trong xử lý nước thải 

 Trong xử lý nước thải có rất nhiều loại vi sinh vật, chủ yếu là nấm, tảo và động vật. 

 1. vi khuẩn, vi khuẩn 

 Vi khuẩn có khả năng thích nghi mạnh mẽ và tăng trưởng nhanh.  Tùy thuộc vào nhu cầu dinh dưỡng khác nhau, vi khuẩn có thể được chia thành hai loại chính là vi khuẩn tự dưỡng và vi khuẩn dị dưỡng. Vi khuẩn tự nuôi sử dụng các loại chất vô cơ (CO2, HCO3, NO3, PO3-4, vv) để chuyển hóa thành một chất vô cơ khác, giải phóng năng lượng, tổng hợp chất tế bào, nguồn carbon, nguồn nitơ và nguồn phốt pho đều là chất vô cơ.

 Vi khuẩn dị dưỡng lấy cacbon hữu cơ làm nguồn cacbon, nitơ hữu cơ hoặc vô cơ làm nguồn nitơ, chuyển hóa chúng thành các chất vô cơ như CO2, H2O, NO3, CH4, NH3, giải phóng năng lượng, tổng hợp chất tế bào.  Vi sinh vật trong các cơ sở xử lý nước thải chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng.

 2, nấm mồi 

 Nấm bao gồm nấm mốc và nấm men.  Nấm là vi khuẩn hiếu khí, lấy chất hữu cơ làm nguồn carbon, phát triển pH là 2? pH tốt nhất là 5,6. Nấm có nhu cầu oxy ít hơn, chỉ một nửa so với vi khuẩn. Nấm thường xuất hiện trong môi trường có độ pH thấp và ít oxy phân tử.

 Sợi nấm đóng vai trò xương cho sự ngưng tụ của bùn hoạt tính, nhưng sự xuất hiện của quá nhiều nấm sợi sẽ ảnh hưởng đến tính chất lắng đọng của bùn, gây ra sự giãn nở bùn.  Vai trò của nấm trong xử lý nước thải là không thể bỏ qua.

 3, tảo, tảo 

 Tảo là các vi sinh vật thực vật đơn bào và đa bào.  Nó chứa chlorophyll, sử dụng quang hợp để đồng hóa carbon dioxide và nước để giải phóng oxy, hấp thụ các yếu tố dinh dưỡng như nitơ, phốt pho trong nước để tổng hợp tế bào của chính mình.

 4 - Động vật nguyên sinh 

 Sinh vật nguyên sinh là loài động vật đơn bào thấp nhất có thể phân chia và sinh sản.  Sinh vật nguyên sinh trong nước thải vừa là chất lọc nước vừa là chỉ số chất lượng nước. Hầu hết các nguyên sinh vật thuộc loại dị dưỡng hiếu khí. Trong xử lý nước thải, vai trò của sinh vật nguyên sinh không quan trọng so với vi khuẩn, nhưng vì hầu hết các sinh vật nguyên sinh có thể nuốt chất hữu cơ rắn và vi khuẩn tự do, nên có tác dụng làm sạch chất lượng nước.

 Các sinh vật nguyên sinh tương đối nhạy cảm với sự thay đổi của môi trường, các sinh vật nguyên sinh khác nhau xuất hiện trong môi trường chất lượng nước khác nhau, do đó là chỉ số chất lượng nước.  Ví dụ, các con giun đồng hồ xuất hiện với số lượng lớn khi oxy hòa tan đầy đủ, và ít xuất hiện và không hoạt động khi oxy hòa tan dưới 1/L.

 5 - Động vật sau sinh 

 Các động vật sau sinh là động vật đa bào.  Các động vật sau sinh thường được tìm thấy trong các cơ sở xử lý nước thải và các ao ổn định bao gồm các loài giun tròn, giun tuyến tính và giun giáp.

 Các loài động vật sau sinh đều là vi sinh vật hiếu khí, sống trong môi trường nước tốt hơn.  Các sinh vật hậu sinh ăn vi khuẩn, nguyên sinh vật, tảo và chất rắn hữu cơ, sự xuất hiện của chúng cho thấy hiệu quả xử lý tốt hơn và là sinh vật chỉ thị xử lý nước thải.

 2. Sự trao đổi chất của vi sinh vật ‍

 Quá trình sống của vi sinh vật là quá trình dinh dưỡng liên tục được sử dụng, vật chất tế bào liên tục tổng hợp và tiêu thụ.  Quá trình này đi kèm với sự ra đời của sự sống mới, cái chết của sự sống cũ và sự chuyển đổi của chất dinh dưỡng (matrix). Xử lý sinh học nước thải được thực hiện bằng cách sử dụng tác dụng chuyển hóa của vi sinh vật đối với chất ô nhiễm (chất dinh dưỡng).

 1.Mối quan hệ dinh dưỡng của vi sinh vật 

 Vi khuẩn, nấm, tảo, động vật nguyên sinh và hậu sinh sống chung trong nước.  Vi khuẩn và nấm lấy chất hữu cơ trong nước, nitơ và phốt pho làm chất dinh dưỡng để thở oxy và không oxy để tổng hợp tế bào của chính mình. Tảo sử dụng carbon dioxide và nitơ, phốt pho trong nước để tổng hợp các tế bào của chính mình và cung cấp oxy cho nước. Các tế bào của tảo chết và trở thành chất dinh dưỡng cho sự sinh sản của nấm.

 Sinh vật nguyên sinh ăn các chất hữu cơ rắn, nấm và tảo trong nước.  Các sinh vật sau sinh sống ăn các chất hữu cơ rắn trong nước, nấm, tảo và các sinh vật nguyên sinh.

 2 - Sự trao đổi chất của vi sinh vật 

 Các vi sinh vật lấy chất dinh dưỡng từ nước thải, tổng hợp các tế bào của chính họ thông qua các phản ứng sinh hóa phức tạp và thải chất thải.  Quá trình phản ứng sinh hóa này được thực hiện để duy trì hoạt động của sự sống và tăng trưởng và sinh sản được gọi là trao đổi chất, viết tắt là trao đổi chất.

 Sự trao đổi chất có thể được chia thành phân hóa và đồng hóa dựa trên loại chuyển đổi năng lượng và phản ứng sinh hóa.  Vi sinh vật phân hủy chất dinh dưỡng thành các hợp chất đơn giản và giải phóng năng lượng, quá trình này được gọi là phân hóa hoặc trao đổi chất năng lực; vi sinh vật chuyển đổi chất dinh dưỡng thành vật chất tế bào và hấp thụ năng lượng giải phóng từ phân hóa, quá trình này được gọi là đồng hóa.

 Khi thiếu hụt dinh dưỡng, vi sinh vật tiến hành phân hủy oxy hóa chất tế bào của mình để có được năng lượng, quá trình này được gọi là trao đổi chất nội sinh, cũng được gọi là hô hấp nội sinh.  Hơi thở nội sinh không rõ ràng khi chất dinh dưỡng đầy đủ, nhưng khi thiếu chất dinh dưỡng, hô hấp nội sinh là nguồn năng lượng chính.

 Không có sự trao đổi chất, không có sự sống.  Các vi sinh vật liên tục sinh sản và chết qua quá trình trao đổi chất. Sự phân hóa của vi sinh vật cung cấp năng lượng và vật chất cho quá trình đồng hóa, trong đó cung cấp chất xúc tác và lò phản ứng cho quá trình phân hóa. Hai loại trao đổi chất phụ thuộc lẫn nhau, thúc đẩy lẫn nhau và không thể tách rời.

 Một phần chất dinh dưỡng tiêu thụ bởi sự trao đổi chất của vi sinh vật được phân hủy thành các chất đơn giản thải ra môi trường, một phần khác được tổng hợp thành chất tế bào.  Tốc độ trao đổi chất khác nhau của các vi sinh vật khác nhau và tỷ lệ các chất dinh dưỡng được sử dụng để phân hủy và tổng hợp cũng không giống nhau.

 Các vi sinh vật kỵ khí phân hủy chất dinh dưỡng không hoàn toàn, giải phóng ít năng lượng, tốc độ trao đổi chất chậm, tỷ lệ phân hủy chất dinh dưỡng lớn, tỷ lệ tổng hợp nhỏ, tăng trưởng tế bào chậm.  Vi sinh vật hiếu khí phân hủy chất dinh dưỡng triệt để, sản phẩm cuối cùng (CO2, H2O, NO3, PO43-vv) ổn định, chứa ít năng lượng nhất, vì vậy trong quá trình trao đổi chất của vi sinh vật hiếu khí, năng lượng được giải phóng nhiều, tốc độ trao đổi chất nhanh, tỷ lệ phân hủy chất dinh dưỡng nhỏ, tỷ lệ tổng hợp lớn, tăng trưởng tế bào nhanh.

 Môi trường sinh trưởng của vi sinh vật 

 Cơ thể chính của xử lý sinh học nước thải là vi sinh vật, chỉ có tạo điều kiện môi trường tốt cho phép vi sinh vật sinh sản số lượng lớn mới có thể đạt được hiệu quả xử lý thỏa đáng.  Các điều kiện ảnh hưởng đến sự phát triển của vi sinh vật chủ yếu là dinh dưỡng, nhiệt độ, giá trị pH, oxy hòa tan và chất độc.

 1. Dinh dưỡng 

 Dinh dưỡng là cơ sở vật chất cho sự phát triển của vi sinh vật, năng lượng và vật chất cần thiết cho hoạt động sống đến từ dinh dưỡng.  Thành phần của tế bào vi sinh vật (không bao gồm H2O và các chất vô cơ) có thể được biểu thị bằng công thức hóa học C5H7O2N hoặc C60H87O23N12P. Thành phần của các tế bào vi sinh vật khác nhau không giống nhau, và yêu cầu về tỷ lệ carbon-nitrogen cũng không hoàn toàn giống nhau. Vi sinh vật hiếu khí yêu cầu tỷ lệ carbon-nitrogen là BOD5:N:P = 100:5:1 [hoặc COD:N:P = (200~300):5:1].

 Các vi sinh vật kỵ khí yêu cầu tỷ lệ carbon-nitrogen là BOD5: N: P = 100:6: 1.  Trong đó, N được tính bằng NH3-N, P được tính bằng PO43-P. Có rất nhiều loại vi sinh vật, các dạng hóa học cần C, N, P cũng không giống nhau. Ví dụ, vi khuẩn dị dưỡng cần chất hữu cơ làm nguồn cacbon, trong khi vi khuẩn tự dưỡng lấy CO2 và HCO3 làm nguồn cacbon.

 Hầu như tất cả các chất hữu cơ là nguồn dinh dưỡng cho vi sinh vật, để đạt được hiệu quả thanh lọc mong muốn, việc kiểm soát tỷ lệ C: N: P phù hợp là rất quan trọng.  Ngoài việc cần C, H, O, N, P, vi sinh vật còn cần các nguyên tố như S, Mg, Fe, Ca, K, và các nguyên tố vi lượng như Mn, Zn, Co, Ni, Cu, Mo, V, I, Br, B.

 2, Nhiệt độ 

 Nhiệt độ phát triển của các loại vi sinh vật khác nhau, phạm vi nhiệt độ tổng thể của các loại vi sinh vật là 0 ~ 80.  Theo phạm vi nhiệt độ thích nghi, vi sinh vật có thể được chia thành ba loại: nhiệt độ thấp (lạnh), nhiệt độ trung bình và nhiệt độ cao (hiện nhiệt). Nhiệt độ phát triển của vi sinh vật nhiệt độ thấp là dưới 20, nhiệt độ phát triển của vi sinh vật nhiệt độ trung bình là 20-45, nhiệt độ phát triển của vi sinh vật nhiệt độ cao là trên 45.

 Xử lý sinh học hiếu khí chủ yếu là ở nhiệt độ trung bình, nhiệt độ phát triển tối ưu của vi sinh vật là 20 ~ 37.  Khi xử lý sinh học kỵ khí, nhiệt độ phát triển tối ưu của vi sinh vật nhiệt độ trung bình là 25 ~ 40, nhiệt độ phát triển tối ưu của vi sinh vật nhiệt độ cao là 50 ~ 60. Vì vậy, xử lý vi sinh vật kỵ khí thường sử dụng 33 ~ 38 và 52 ~ 57 hai phân vùng nhiệt độ, được gọi là tiêu hóa nhiệt độ trung bình (nên men) và tiêu hóa nhiệt độ cao (nên men). Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, phản ứng kỵ khí có thể được thực hiện ở nhiệt độ bình thường 20 ~ 25 °C, điều này làm giảm đáng kể chi phí vận hành.

 Trong phạm vi nhiệt độ thích hợp, mỗi lần tăng 10, tốc độ phản ứng sinh hóa sẽ tăng gấp 1~2 lần.  Vì vậy, hiệu quả xử lý sinh học tốt hơn trong điều kiện nhiệt độ tối ưu cao hơn. Thay đổi nhân tạo nhiệt độ nước thải sẽ làm tăng chi phí xử lý, vì vậy xử lý sinh học hiếu khí thường được thực hiện ở nhiệt độ tự nhiên, tức là ở nhiệt độ bình thường. Hiệu quả xử lý sinh học hiếu khí bị ảnh hưởng ít bởi khí hậu.

 Xử lý sinh học kỵ khí bị ảnh hưởng lớn bởi nhiệt độ, cần phải duy trì nhiệt độ cao, nhưng xem xét chi phí vận hành, nên cố gắng sử dụng nhiệt độ bình thường (20 ~ 25).  Nếu nhiệt độ của nước thải nguyên thủy cao hơn, nên sử dụng quá trình lên men nhiệt độ trung bình (33 ~ 38) hoặc quá trình lên men nhiệt độ cao (52 ~ 57). Nếu có đủ nhiệt thải hoặc quá trình lên men tạo ra đủ khí sinh học (nồng độ cao nước thải hữu cơ và bùn tiêu hóa), thì nhiệt thải hoặc năng lượng nhiệt của khí sinh học có thể được sử dụng để thực hiện quá trình lên men ở nhiệt độ trung bình và cao. Thông thường, biến động nhiệt độ trong một ngày không nên vượt quá. Vì vậy, trong quá trình xử lý sinh học, nhiệt độ nước thích hợp phải được kiểm soát và ổn định.

 3, giá trị pH 

 Enzyme là một chất điện giải lưỡng tính, sự thay đổi pH ảnh hưởng đến hình thức ion hóa của enzyme, do đó ảnh hưởng đến tính chất xúc tác của enzyme, vì vậy pH là một trong những yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hoạt động của enzyme.  Các vi sinh vật khác nhau có hệ thống enzyme khác nhau, có phạm vi thích nghi pH khác nhau. Phạm vi thích ứng pH của vi khuẩn, actinomyces, tảo và sinh vật nguyên sinh là từ 4 đến 10.

 pH tối ưu của nấm men và nấm mốc là 3,0 - 6,0.  Hầu hết các vi khuẩn thích hợp với môi trường trung tính và kiềm với pH = 6.5 ~ 8.5. pH thích hợp của xử lý sinh học hiếu khí là 6,5 ~ 8,5, pH thích hợp của xử lý sinh học kỵ khí là 6,7 ~ 7,4 (pH tối ưu là 6,7 ~ 7,2).Điều quan trọng là phải duy trì phạm vi pH tối ưu trong quá trình xử lý sinh học. Nếu không, hoạt động của enzyme vi sinh giảm hoặc mất, vi sinh tăng trưởng chậm hoặc thậm chí chết, dẫn đến xử lý thất bại.

 Sự thay đổi đột ngột của pH nước có thể có ảnh hưởng lớn đến xử lý sinh học, ảnh hưởng này không thể đảo ngược.  Vì vậy, việc duy trì độ pH ổn định là rất quan trọng

 4. hòa tan oxy 

 Quá trình trao đổi chất của vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy phân tử làm thụ thể và tham gia vào việc tổng hợp một số chất.  Nếu không có oxy phân tử, vi sinh vật hiếu khí không thể phát triển và sinh sản, vì vậy, khi xử lý sinh học hiếu khí, cần duy trì nồng độ oxy hòa tan (DO). Cung cấp oxy không đủ, thích hợp cho sự phát triển oxy hòa tan thấp của vi sinh vật (vi lượng vi khuẩn lưu huỳnh hiếu khí) và sinh sản lớn của vi sinh vật tùy chọn.

 Chúng phân hủy chất hữu cơ không triệt để, hiệu quả xử lý giảm, và dưới trạng thái oxy hòa tan thấp, nấm sợi phát triển ưu thế, gây ra bùn sưng nở.  Nồng độ oxy hòa tan quá cao không chỉ lãng phí năng lượng mà còn có thể làm cho tế bào bị oxy hóa và chết do thiếu hụt tương đối chất dinh dưỡng.Để có được hiệu quả xử lý tốt, xử lý sinh học hiếu khí nên kiểm soát oxy hòa tan ở 2 ~ 3 mg / L (bể trầm trọng thứ hai nước thải 0,5 ~ 1 mg / L) là thích hợp.

 Các vi sinh vật kỵ khí tạo ra H2O2 trong điều kiện hiếu khí nhưng bị giết bởi H2O2 mà không có enzyme phân hủy H2O2.  Do đó, không bao giờ có oxy phân tử trong lò phản ứng xử lý sinh học kỵ khí. Các chất oxy hóa khác như SO42, NO3, PO43, và Fe3 + cũng có thể ảnh hưởng xấu đến xử lý sinh học kỵ khí, và nồng độ của chúng cũng nên được kiểm soát.

 5 - Chất độc hại 

 Hóa chất có tác dụng ức chế và độc hại đối với vi sinh vật được gọi là chất độc.  Nó có thể phá hủy cấu trúc của tế bào, làm cho các enzyme biến tính và mất hoạt động. Ví dụ, kim loại nặng có thể kết hợp với nhóm SH của enzyme hoặc kết hợp với protein để biến tính hoặc kết tủa.

 Các chất độc hại là vô hại đối với vi sinh vật ở nồng độ thấp, vượt quá một giá trị nhất định thì xảy ra độc tính.  Một số chất độc nhất định có thể trở thành chất dinh dưỡng cho vi sinh vật ở nồng độ thấp.Độc tính của các chất độc bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như giá trị pH, nhiệt độ và sự tồn tại của các chất độc khác, độc tính khác nhau rất lớn trong điều kiện khác nhau, khả năng chịu đựng của các vi sinh vật khác nhau đối với cùng một chất độc cũng khác nhau, tình huống cụ thể nên được xác định dựa trên thí nghiệm.

 IV. Vai trò chỉ thị của vi sinh vật trong xử lý nước thải 

 

 (1) Hiệu suất lọc bùn hoạt tính tốt khi vi sinh vật xuất hiện có giun chuông, giun cành, giun sợi côn trùng, giun sợi côn trùng, giun sợi côn trùng và các loại sau sinh vật và giun ống hút và các sinh vật cố định hoặc sinh vật bò, khi số lượng các sinh vật này đạt hơn 1000 / mL, chiếm hơn 80% tổng số sinh vật cá nhân, có thể khẳng định loại bùn hoạt tính này có hiệu quả làm sạch cao.

 (2) Các sinh vật xuất hiện khi tính năng làm sạch bùn hoạt tính xấu đi là các sinh vật bơi nhanh như rệp đa sóng, rệp trichomonas, rệp trichomonas, rệp đậu.  Lúc này, khối rất vỡ, kích thước khoảng 100 μm. Chỉ xuất hiện các loài rệp đa sóng và rệp trichomonas khi chúng trở nên xấu đi nghiêm trọng. Trong tình trạng cực đoan, cả nguyên sinh lẫn hậu sinh đều không xuất hiện.

 (3) Các sinh vật xuất hiện khi bùn hoạt tính phục hồi từ trạng thái xấu đi là các sinh vật bơi chậm hoặc bò, như côn trùng bơi lội, côn trùng lá nghiêng, côn trùng ống nghiêng, sâu bướm nhọn.  Những vi sinh vật này đã được quan sát để trở thành các sinh vật chiếm ưu thế tiếp tục trong khoảng một tháng.

 (4) Các sinh vật xuất hiện khi phân tích bùn hoạt tính bị phân hủy là động vật chân thịt như đậu hoạt động, amoeba phóng xạ.  Khi những sinh vật này xuất hiện trên hàng chục ngàn, các floc trở nên nhỏ hơn, làm cho nước xử lý trở nên ẩm ương. Khi phát hiện ra sự gia tăng mạnh mẽ của các sinh vật này, chúng có thể ức chế hiện tượng này ở một mức độ nào đó bằng cách giảm lượng bùn hồi lưu và lượng khí.

 (5) Các vi sinh vật xuất hiện khi bùn hoạt tính mở rộng là nấm cầu, các loại nấm mốc, vv, các vi sinh vật sợi này gây ra sự mở rộng bùn, khi SVI trên 200, các vi sinh vật sợi này có hình dạng sợi.  Có ít động vật vi mô trong bùn bơm hơi hơn bùn bình thường.

 (6) Các vi sinh vật xuất hiện khi thiếu oxy hòa tan là vi khuẩn lưu huỳnh baignelli.  Những vi sinh vật này thích hợp để tồn tại ở nồng độ oxy hòa tan thấp. Khi các vi sinh vật này xuất hiện, bùn hoạt tính có màu đen, hư hỏng và có mùi hôi.

 (7) Các vi sinh vật xuất hiện khi quá nhiều khí, nếu quá nhiều thời gian tiếp tục rất lâu, các loại amoeba và ruột là sinh vật ưu thế. 

 (8) Các vi sinh vật xuất hiện với số lượng lớn khi nồng độ nước thải quá thấp là côn trùng du lịch. 

 (9) Vi sinh vật xuất hiện khi nồng độ BOD thấp.  Các sinh vật có lợi thế là giun biểu bì, giun côn trùng, giun xoáy, giun oligoderma, những sinh vật này thường là chỉ số của quá trình nitrat hóa.

 (10) Sinh vật xuất hiện khi tải trọng va chạm và chất độc chảy vào.  Bởi vì nguyên sinh vật phản ứng nhanh hơn so với vi khuẩn đối với sự thay đổi của điều kiện môi trường, chúng ta có thể xem xét tác động của tải trọng tác động và chất độc đối với bùn hoạt tính bằng cách quan sát sự thay đổi của nguyên sinh vật. Trong các sinh vật nguyên sinh, côn trùng.