Nguyên nhân gây ra sự tích tụ bùn - và cách khắc phục

Trả lời trực tiếp: Quá trình tạo cặn bùn là khi bùn hoạt tính không lắng đúng cách trong bể lắng thứ cấp, gây ra hiện tượng chất rắn mang vào nước thải. Hơn 90% trường hợp là do vi khuẩn dạng sợi phát triển quá mức. Các trường hợp còn lại liên quan đến các cơ chế không có dạng sợi: tạo khối nhớt do sản xuất quá mức exopolyme và tạo khối động vật từ các axit hữu cơ cụ thể. Nguyên nhân gây ra rễ hầu như luôn là sự mất cân bằng trong vận hành - lượng oxy hòa tan thấp, tỷ lệ F/M thấp, thiếu chất dinh dưỡng hoặc sốc nhiệt độ - không phải là một sự kiện sinh học ngẫu nhiên.

Bùn Bulking là gì?

Quá trình tạo bùn là sự thất bại trong quá trình lắng trong quá trình bùn hoạt tính. Thay vì nén sạch ở đáy bể lắng thứ cấp, bùn tạo thành một khối lớn, lắng chậm và dâng lên về phía đập nước thải.

Biện pháp chẩn đoán tiêu chuẩn là Chỉ số khối lượng bùn (SVI) :

SVI (mL/g) = Thể tích bùn lắng sau 30 phút (mL/L) / MLSS (mg/L) x 1000

SVI cao có nghĩa là mỗi gram bùn chiếm nhiều thể tích hơn - bùn mịn, nhẹ và khó tách. Kết quả: hiệu suất của bể lắng thứ cấp giảm, TSS nước thải tăng và hiệu quả xử lý sinh học giảm.

Hai loại bùn Bulking

Loại 1: Sụn sợi (>90% trường hợp)

Vi khuẩn dạng sợi là một phần bình thường của bùn hoạt tính lành mạnh - chúng tạo thành xương sống cấu trúc của các hạt bông. Vấn đề bắt đầu khi chúng phát triển quá mức và thống trị cộng đồng vi sinh vật.

Các sinh vật dạng sợi có tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích cao hơn nhiều so với vi khuẩn tạo bông. Trong điều kiện căng thẳng - DO thấp, chất nền thấp, chất dinh dưỡng thấp - tỷ lệ này mang lại cho chúng lợi thế cạnh tranh: chúng có thể loại bỏ oxy hòa tan và chất nền hiệu quả hơn so với các chất tạo bông. Một khi chúng sinh sôi nảy nở vượt quá ngưỡng, chúng sẽ mở rộng ra khỏi ma trận khối, ngăn cản quá trình nén bùn về mặt vật lý.

Có hai mẫu cấu trúc:

• Cầu nối liên khối/liên khối mở — các sợi kéo dài giữa các hạt bông, tạo ra một mạng lưới kết nối lỏng lẻo giúp giữ nước và chống lại lực nén
• Trở ngại không gian — các sinh vật riêng lẻ quá lớn đến mức chúng ngăn cản các hạt bông khác lắng xuống bình thường

Các sinh vật dạng sợi được xác định phổ biến nhất trong các nhà máy xử lý nước thải:

Sự phồng lên của sợi gây ra bởi vi khuẩn parvicella có liên quan chặt chẽ với điều kiện nhiệt độ thấp, tải thấp - đây là hiện tượng mùa đông phổ biến ở các nhà máy đô thị chạy cấu hình A2O hoặc mương oxy hóa. Trong một nghiên cứu quy mô đầy đủ tại một nhà máy A2O của Trung Quốc, SVI đạt đỉnh 265 ± 55 mL/g trong những tháng mùa đông khi tải lượng bùn giảm xuống dưới 0,05 kg COD/(kg MLSS·ngày).

Loại 2: Khối phồng không dạng sợi (<10% trường hợp)

Sự phồng lên không ở dạng sợi xảy ra khi vi khuẩn hình thành bông bùn gặp trục trặc - không phải do các sợi chiếm ưu thế mà do vi khuẩn bên trong bông bùn tạo ra số lượng bất thường các chất polyme ngoại bào (EPS) làm cho bông keo trở nên sền sệt và giữ nước.

Hai loại phụ:

Chất nhớt (chất nhờn) phồng lên — vi khuẩn sản xuất quá nhiều chất nhờn polysaccharide khi thiếu chất dinh dưỡng (đặc biệt là thiếu nitơ hoặc phốt pho). Bùn xuất hiện trong mờ và giống như gel dưới kính hiển vi. SVI cao nhưng số lượng sợi tóc vẫn bình thường. Thử nghiệm anthrone (đo polysaccharides trong bùn) sẽ cho thấy giá trị tăng cao (>20%), giúp phân biệt điều này với quá trình tạo khối động vật.

Bulking động vật — Động vật có vú vi khuẩn phát triển quá mức trong điều kiện F/M cao hoặc khi các axit và rượu hữu cơ cụ thể chiếm ưu thế trong nước thải (từ nước thải tự hoại hoặc lên men). Bùn tạo thành các khối giống như ngón tay hoặc hình amip dưới kính hiển vi. Không giống như quá trình tạo khối dạng sợi, quá trình tạo khối động vật có liên quan đến nồng độ cơ chất cao chứ không phải thấp.

Nguyên nhân cốt lõi: Điều gì thực sự gây ra Bulking

Hiểu nguyên nhân gây ra là điều cần thiết - điều trị triệu chứng (liều clo) mà không khắc phục nguyên nhân gốc rễ chỉ mang lại hiệu quả giảm đau tạm thời.

Nguyên nhân 1: Lượng oxy hòa tan (DO) thấp

Nguyên nhân hoạt động phổ biến nhất. Khi DO giảm xuống dưới 1,0–1,5 mg/L trong bể sục khí, vi khuẩn dạng sợi – với diện tích bề mặt cao hơn – sẽ cạnh tranh với các chất tạo bông để có được lượng oxy hạn chế.

DO mục tiêu cho bùn hoạt tính ổn định: tối thiểu 2,0 mg/L , duy trì ở mức 2,0–3,0 mg/L.

Sinh vật tạo khối DO thấp: Loại 021N, Hydrossis Haliscomenobacter , Sphaerotilus natans .

Nguyên nhân 2: Tỷ lệ F/M thấp (Tải trọng bùn thấp)

Nguyên nhân gốc rễ phổ biến nhất của tình trạng phồng sợi nói chung. F/M (Tỷ lệ thực phẩm trên vi sinh vật) là khối lượng BOD được cung cấp vào hệ thống trên một đơn vị khối lượng MLSS mỗi ngày.

F/M = Tải BOD (kg/ngày) / MLSS trong bể sục khí (kg)

Ở mức F/M thấp, chất nền khan hiếm. Vi khuẩn dạng sợi, với tỷ lệ diện tích bề mặt trên thể tích cao hơn, có khả năng dọn sạch chất nền hạn chế tốt hơn so với vi khuẩn hình thành bông bùn. Họ thống trị.

Giải pháp thực tế là tăng F/M bằng cách lãng phí nhiều bùn hơn (tăng tỷ lệ WAS) để giảm MLSS hoặc chấp nhận tải trọng hữu cơ cao hơn. Các nhà máy sục khí mở rộng có nguy cơ về mặt cấu trúc vì chúng được thiết kế để chạy ở F/M thấp.

Nguyên nhân 3: Thiếu dinh dưỡng (N và P)

Vi khuẩn bùn hoạt tính cần nitơ và phốt pho để tạo khối tế bào. Tỷ lệ tối thiểu chung là:

BOD : N : P = 100 : 5 : 1

Khi tỷ lệ BOD/N đầu vào vượt quá 100:4, nitơ sẽ trở nên hạn chế. Vi khuẩn phản ứng bằng cách tạo ra EPS dư thừa từ carbon chưa bị phân hủy - BOD không thể đồng hóa vào quá trình phát triển của tế bào sẽ được lưu trữ dưới dạng polysacarit ngoại bào. Điều này trực tiếp gây ra hiện tượng phồng nhớt (không có dạng sợi).

Trong xử lý nước thải công nghiệp - chế biến thực phẩm, sản xuất bia, nhà máy hóa chất - tình trạng thiếu chất dinh dưỡng đầu vào là cực kỳ phổ biến vì nước thải có hàm lượng carbon cao nhưng có thể chứa tối thiểu nitơ hoặc phốt pho.

Cách khắc phục: Bổ sung nitơ bên ngoài (amoni sunfat, urê) và phốt pho (axit photphoric) để đạt được tỷ lệ BOD:N:P tối thiểu.

Nguyên nhân 4: Nước thải tự hoại hoặc giàu sunfua

Khi nước thải nằm trong ống thu gom hoặc bể chứa trong thời gian dài mà không có sục khí, điều kiện kỵ khí sẽ phát triển và tích tụ sunfua (H₂S). Các sợi ưa sunfua - Thiothrix , Beggiatoa , Loại 021N - sinh sôi nảy nở khi dòng nước chứa đầy sunfua này đi vào bể sục khí.

Trong một nghiên cứu toàn diện dài hạn, Thiothrix việc tạo bọt gây ra hiện tượng rửa trôi bùn định kỳ tại nhà máy xử lý sữa. Thiothrix sự phong phú đạt 51, 9% tổng cộng đồng vi sinh vật. Các biện pháp kiểm soát tiêu chuẩn (bổ sung polyaluminium clorua, giảm VFA) không có hiệu quả. Chỉ thực hiện chu kỳ bỏ đói bùn định kỳ để giảm Thiothrix từ 51,9% xuống 1,0% và ổn định trở lại.

Cách khắc phục: Sục khí trước chất thải trước khi vào bể sục khí hoặc thêm muối sắt vào hệ thống thu gom để kết tủa sunfua.

Nguyên nhân 5: Thay đổi tải trọng hữu cơ hoặc thủy lực đột ngột (Tải sốc)

Sự gia tăng đột ngột BOD, tốc độ dòng chảy hoặc chất ức chế độc hại có thể tạm thời phá vỡ sự cân bằng giữa chất tạo bông và sợi. Vi khuẩn tạo bông, nhạy cảm hơn với những thay đổi của môi trường, bị ức chế có chọn lọc. Vi khuẩn dạng sợi có khả năng chịu đựng môi trường tốt hơn sẽ tồn tại và phát triển trong khoảng trống.

Điều này đặc biệt phổ biến ở các nhà máy công nghiệp nhận nước thải hàng loạt hoặc các nhà máy đô thị nhận dòng nước mưa tràn vào.

Nguyên nhân 6: Hiệu ứng nhiệt độ

Nhiệt độ thấp làm chậm quá trình trao đổi chất của vi khuẩn hình thành bông bùn hơn vi khuẩn dạng sợi. vi khuẩn parvicella đặc biệt thích nghi với lạnh và sinh sôi nảy nở ở nhiệt độ dưới 15°C. Thực vật đô thị ở vùng khí hậu ôn đới thường trải qua các giai đoạn phát triển dạng sợi vào mùa đông và tự phân hủy khi nhiệt độ tăng vào mùa xuân.

Ngược lại, nhiệt độ rất cao (>35°C) có thể tạo điều kiện thuận lợi cho một số sợi ưa nhiệt nhất định và phá vỡ cấu trúc bông keo thông thường.

Cách chẩn đoán sự tích tụ bùn

Trước khi xử lý Bulking, hãy xác định loại nào và nguyên nhân nào. Điều trị sai nguyên nhân gây lãng phí thời gian và hóa chất.

Bước 1: Đo SVI

SVI > 150 mL/g xác nhận có vấn đề lắng đọng. SVI > 250 mg/L là hiện tượng phồng rộp nghiêm trọng.

Bước 2: Kiểm tra bằng kính hiển vi

Lấy mẫu rượu hỗn hợp mới và kiểm tra dưới kính hiển vi tương phản pha ở độ phóng đại 100–400 lần.

Bước 3: Kiểm tra thông số vận hành

Cách khắc phục tình trạng đóng cặn bùn

Phản hồi ngay lập tức (Ngày 1–7): Giải quyết vấn đề

Mục tiêu trong tuần đầu tiên là ngăn bể lắng tràn trong khi bạn giải quyết các nguyên nhân gốc rễ.

Tăng tỷ lệ bùn hoạt tính hồi lưu (RAS) — kéo bùn trở lại từ bể lắng nhanh hơn để ngăn lớp bùn dâng lên đập nước thải. Tăng RAS lên 75–100% dòng chảy vào tạm thời.

Giảm tỷ lệ bùn hoạt tính thải (WAS) - trái ngược với trực giác, việc tạm thời dừng hoặc giảm WAS sẽ tạo ra MLSS, làm tăng tỷ lệ F/M và gây bất lợi cho vi khuẩn dạng sợi. Thận trọng khi sử dụng: nếu DO đã thấp, càng nhiều MLSS sẽ khiến tình trạng thiếu oxy trở nên trầm trọng hơn.

Clo hóa dòng RAS — định lượng clo (2–10 mg Cl₂/g MLSS/ngày) trực tiếp vào ống RAS là biện pháp kiểm soát khẩn cấp được sử dụng rộng rãi nhất. Vi khuẩn dạng sợi mở rộng ra bên ngoài khối bông được ưu tiên tiếp xúc với clo, trong khi vi khuẩn bên trong khối bông được bảo vệ một phần. Đây là cách khắc phục tạm thời - nó không giải quyết được nguyên nhân gốc rễ. Dùng quá liều sẽ phá hủy chất nitrat hóa.

Bổ sung chất keo tụ — polyaluminium clorua (PAC) hoặc clorua sắt được định lượng vào bể sục khí hoặc đầu vào của thiết bị làm sạch để cải thiện khả năng lắng trong thời gian ngắn đối với chất độn không dạng sợi. Ít hiệu quả hơn đối với các loại sợi.

Sửa chữa nguyên nhân gốc rễ (Tuần 1–4): Loại bỏ tác nhân kích hoạt

Giải pháp kết cấu: Bộ chọn lọc sinh học

A bộ chọn là một vùng tiếp xúc nhỏ (thường chiếm 5–10% tổng thể tích sục khí) được đặt trước bể sục khí chính, nơi nước thải chảy vào gặp bùn tuần hoàn dưới nồng độ cơ chất cao.

Trong điều kiện chất nền cao (F/M cao) trong bộ chọn, vi khuẩn hình thành bông cặn nhanh chóng chiếm giữ và lưu trữ chất nền dưới dạng polyme nội bào. Vi khuẩn dạng sợi thích nghi tốt hơn với môi trường ít chất nền, không thể cạnh tranh ở nồng độ chất nền cao và bị ức chế có chọn lọc.

Ba loại bộ chọn:

Bộ chọn lọc là giải pháp cố định cấu trúc dài hạn đáng tin cậy nhất cho các cây trồng có hiện tượng phồng sợi mãn tính, đặc biệt là các hệ thống có F/M thấp như rãnh sục khí mở rộng và mương oxy hóa.

Bùn lớn và bùn dâng cao: Đừng nhầm lẫn chúng

Một chẩn đoán sai phổ biến. Cả hai tình trạng đều tạo ra chất rắn trong nước thải, nhưng nguyên nhân và cách khắc phục hoàn toàn khác nhau.

Bùn dâng lên là do quá trình khử nitrat xảy ra bên trong bể lắng - NO₃ được chuyển thành khí N₂, khí này bám vào các khối bùn và nâng chúng lên bề mặt. Nó trông giống như việc bơm nước từ đập nước thải nhưng đòi hỏi logic xử lý ngược lại.

Tóm tắt: Danh sách kiểm tra chẩn đoán sự tích tụ bùn

Khi SVI vượt quá 150 mL/g, hãy xem qua danh sách này theo thứ tự:

1. Kiểm tra DO trong bể sục khí - nếu < 1,5 mg/L thì tăng cường sục khí ngay lập tức
2. Kiểm tra tỷ lệ F/M - nếu < 0,10, hãy tăng tỷ lệ WAS để giảm MLSS
3. Kiểm tra BOD:N:P — nếu N bị giới hạn (BOD/N > 100:4), hãy thêm nguồn nitơ
4. Kiểm tra dòng chảy vào để tìm sunfua / nhiễm trùng - nếu phát hiện thấy H₂S, sục khí trước dòng chảy vào
5. Tiến hành kiểm tra bằng kính hiển vi - xác định hình thái dạng sợi và không dạng sợi
6. Nếu ở dạng sợi: bắt đầu khử trùng bằng clo RAS như biện pháp kiểm soát tạm thời; thực hiện sửa chữa cấu trúc (bộ chọn, tăng DO, giảm SRT)
7. Nếu không dạng sợi (nhớt): điều chỉnh cân bằng dinh dưỡng; kiểm tra sự ức chế độc tố
8. Nếu Microthrix vào mùa đông: tăng tải lượng bùn; xem xét bộ chọn anoxic
9. Theo dõi SVI mỗi 2–3 ngày cho đến khi nó trở về < 150 mL/g

Sản phẩm liên quan: Bộ khuếch tán dạng đĩa và ống sục khí của Nihao duy trì quá trình sục khí bong bóng mịn ổn định và ngăn ngừa tình trạng DO thấp gây ra hiện tượng phồng rộp dạng sợi. Môi trường MBBR cung cấp một quy trình sinh học thay thế có cấu trúc miễn dịch với quá trình tạo cặn bùn - chất mang màng sinh học không bị lỗi lắng. Liên hệ nihaowater để được hỗ trợ thiết kế hệ thống sục khí.