Đồng nghiệp của chúng ta trong ngành xử lý nước thải có lẽ đã gặp phải vấn đề đau đầu này: Vài ngày trước, các chỉ số khác nhau của nước thải ổn định, và amoni nitơ và COD đều dưới mức quy định, nhưng đột nhiên một "cú sốc tải" ập đến. Trong vòng hai ngày, dữ liệu phòng thí nghiệm chuyển sang màu đỏ, và amoni nitơ tăng nhanh chóng. Lãnh đạo thúc giục và kiểm tra môi trường thực sự là hai vấn đề lớn. Hôm nay, tôi sẽ nói chuyện với mọi người về việc cú sốc tải dần dần gây ra việc amoni nitơ trong nước thải vượt quá tiêu chuẩn như thế nào. Chúng ta cần hiểu rõ và nên chuẩn bị trước.
Đầu tiên, cần làm rõ 'cú sốc tải' nghĩa là gì? Nói một cách đơn giản, "lượng thức ăn" của nhà máy xử lý nước thải đột ngột vượt quá tiêu chuẩn. Có thể là nhà máy thượng nguồn xả thải nước thải nồng độ cao một cách bí mật, hoặc có thể là một lượng lớn chất ô nhiễm được đưa vào bởi dòng chảy hỗn hợp trong mạng lưới đường ống vào những ngày mưa, hoặc có thể là trạm bơm không kiểm soát tốt lưu lượng nước, đột ngột nhồi nhét quá nhiều "thức ăn" vào bể sinh học. Hệ thống sinh học của chúng ta giống như một quán ăn tự phục vụ. Thông thường, mọi người ăn theo khẩu vị của mình, nhưng đột nhiên một nhóm người ăn khỏe ùa vào, gây ra sự hỗn loạn trong bếp. Đây là tình huống cơ bản của cú sốc tải.
Những thay đổi nào sẽ xảy ra trong bể sinh học khi bắt đầu cú sốc tải? Điều rõ ràng nhất là có quá nhiều 'ăn' và vi sinh vật không theo kịp. Tất cả chúng ta đều biết rằng việc xử lý amoni nitơ chủ yếu dựa vào vi khuẩn nitrat hóa, chúng rất tinh tế. Chúng cần được ăn uống điều độ và có một môi trường thoải mái. Trong điều kiện bình thường, nồng độ amoni nitơ và tải trọng hữu cơ trong nước đầu vào ổn định, và vi khuẩn nitrat hóa từ từ nhân lên, có thể chuyển đổi amoni nitơ thành nitrat. Nhưng một khi tải trọng đột ngột tăng lên, chẳng hạn như khi nồng độ amoni nitơ trong dòng chảy giảm từ mức 30mg/L xuống 80mg/L, hoặc khi dòng chảy tăng gấp đôi, tổng lượng amoni nitơ trên một đơn vị thể tích đột ngột tăng lên, và "khối lượng công việc" của vi khuẩn nitrat hóa đột ngột tăng gấp nhiều lần, chúng sẽ bị "bối rối" trước.
Ngay sau đó, không có đủ oxy hòa tan. Việc xử lý chất ô nhiễm bằng vi sinh vật dựa vào sự hỗ trợ của oxy. Khi tải trọng cao, vi sinh vật sẽ cố gắng "thở" để phân hủy chất hữu cơ, dẫn đến sự gia tăng mạnh mẽ về tiêu thụ oxy. Hệ thống sục khí của chúng ta có công suất cung cấp oxy tối đa, đủ dùng trong điều kiện bình thường. Khi có cú sốc, thức ăn sẽ dừng lại. Giống như một nhóm người chạy trong một căn phòng nhỏ cùng một lúc, chắc chắn không có đủ oxy, và mọi người sẽ thở hổn hển. Nồng độ oxy hòa tan trong bể sinh học sẽ giảm nhanh chóng từ mức 2-3mg/L xuống dưới 1mg/L, thậm chí gần bằng không. Vi khuẩn nitrat hóa đặc biệt nhạy cảm với oxy hòa tan, và chúng cần ít nhất 1-2mg/L oxy hòa tan khi làm việc. Khi thiếu oxy, chúng sẽ đình công và hiệu quả chuyển đổi amoni nitơ sẽ giảm trực tiếp. Tại thời điểm này, khi đo oxy hòa tan trong bể sinh học, bạn sẽ thấy giá trị giảm nhanh chóng, và thậm chí khi bật máy sục khí đến mức tối đa, nó cũng không thể chịu được. Các bọt khí trên bề mặt nước xuất hiện yếu ớt và vô hồn.
Sau đó, giá trị pH sẽ giảm, điều này thậm chí còn tồi tệ hơn đối với vi khuẩn nitrat hóa. Khi vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ, chúng tạo ra axit hữu cơ, và tải trọng càng cao thì càng tạo ra nhiều axit. Đồng thời, bản thân phản ứng nitrat hóa cũng tiêu thụ độ kiềm, cần khoảng 7,14g độ kiềm tương đương cacbonat canxi cho mỗi 1g chuyển đổi amoni nitơ. Dưới cú sốc tải, độ kiềm bị tiêu thụ nhanh chóng mà không được bổ sung kịp thời, và giá trị pH trong bể sinh học sẽ giảm từ mức 7,5-8,5 xuống dưới 7, hoặc thậm chí xuống 6,5. Vi khuẩn nitrat hóa phù hợp nhất để làm việc trong môi trường kiềm trung tính. Khi pH giảm, hoạt động của chúng giống như bị đóng băng, và tốc độ phản ứng giảm đáng kể. Tại thời điểm này, khi bạn đi đo pH, bạn sẽ thấy giá trị thay đổi theo từng ngày và giảm từ từ, và kết quả đo được bằng bộ dụng cụ thử độ kiềm cũng sẽ rất đáng sợ.
Thậm chí còn rắc rối hơn là cú sốc tải có thể gây ra xung đột trong cộng đồng vi sinh vật. Bể sinh học của chúng ta không chỉ chứa vi khuẩn nitrat hóa, mà còn có nhiều vi khuẩn dị dưỡng phân hủy chất hữu cơ. Vi khuẩn dị dưỡng chiếm ưu thế hơn nhiều so với vi khuẩn nitrat hóa, vì chúng sinh sản nhanh chóng và cạnh tranh khốc liệt về thức ăn. Thông thường, mọi người sống hòa bình, nhưng một khi nồng độ chất hữu cơ cao xuất hiện, vi khuẩn dị dưỡng sẽ nhân lên như những con sói đói, cạnh tranh với vi khuẩn nitrat hóa về oxy và không gian sống. Giống như một nhóm người khỏe mạnh lao vào giành thức ăn trong quán ăn tự phục vụ, vi khuẩn nitrat hóa nhai chậm không thể cạnh tranh và chỉ có thể bị đói. Tại thời điểm này, kiểm tra bằng kính hiển vi sẽ cho thấy các khuẩn lạc vi khuẩn đã trở nên lỏng lẻo, động vật nguyên sinh đã giảm, và số lượng vi khuẩn nitrat hóa, vốn chiếm một tỷ lệ nhất định, đã giảm mạnh. Cấu trúc của toàn bộ cộng đồng vi sinh vật đã bị phá vỡ.
Theo thời gian, hoạt động và số lượng vi khuẩn nitrat hóa giảm. Do tác động của tải trọng, chúng không chỉ bị đói, thiếu oxy và khó chịu về pH, mà còn có thể chết do suy thoái môi trường. Tốc độ sinh sản của vi khuẩn nitrat hóa đã chậm, với chu kỳ thế hệ là vài ngày, không giống như vi khuẩn dị dưỡng có thể sinh sản nhiều thế hệ trong một ngày. Một khi một số lượng lớn vi khuẩn nitrat hóa chết, việc phục hồi trở nên khó khăn. Tại thời điểm này, nếu bạn đi đo amoni nitơ trong bể sinh học, bạn sẽ thấy rằng amoni nitơ ở đầu vào không giảm nhiều, và nó vẫn cao ở đầu ra, cho thấy rằng phản ứng nitrat hóa gần như đã đình trệ. Giá trị amoni nitơ trong nước thải bắt đầu tăng từ thời điểm này.
Nếu tác động tải trọng kéo dài hoặc cường độ tác động đặc biệt cao, tình hình sẽ còn tồi tệ hơn. Hệ thống nitrat hóa có thể sụp đổ hoàn toàn, và ngay cả khi tải trọng đầu vào giảm, amoni nitơ cũng không thể giảm trở lại. Bởi vì vi khuẩn nitrat hóa gần như đã chết, "lực lượng chính" trong bể sinh học đã biến mất và cần được đào tạo lại. Nó giống như đầu bếp trong bếp sau của một quán ăn tự phục vụ mệt mỏi và bỏ chạy. Ngay cả khi có ít khách hàng hơn, không ai có thể nấu ăn nữa, vì vậy chúng ta phải tuyển dụng và đào tạo những người mới. Quá trình này có thể mất ít nhất một hoặc hai tuần, hoặc lâu nhất là một hoặc hai tháng, và amoni nitơ trong nước thải chắc chắn sẽ tiếp tục vượt quá tiêu chuẩn.
Sau đó, giá trị pH sẽ giảm, điều này thậm chí còn tồi tệ hơn đối với vi khuẩn nitrat hóa. Khi vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ, chúng tạo ra axit hữu cơ, và tải trọng càng cao thì càng tạo ra nhiều axit. Đồng thời, bản thân phản ứng nitrat hóa cũng tiêu thụ độ kiềm, cần khoảng 7,14g độ kiềm tương đương cacbonat canxi cho mỗi 1g chuyển đổi amoni nitơ. Dưới cú sốc tải, độ kiềm bị tiêu thụ nhanh chóng mà không được bổ sung kịp thời, và giá trị pH trong bể sinh học sẽ giảm từ mức 7,5-8,5 xuống dưới 7, hoặc thậm chí xuống 6,5. Vi khuẩn nitrat hóa phù hợp nhất để làm việc trong môi trường kiềm trung tính. Khi pH giảm, hoạt động của chúng giống như bị đóng băng, và tốc độ phản ứng giảm đáng kể. Tại thời điểm này, khi bạn đi đo pH, bạn sẽ thấy giá trị thay đổi theo từng ngày và giảm từ từ, và kết quả đo được bằng bộ dụng cụ thử độ kiềm cũng sẽ rất đáng sợ.
Thậm chí còn rắc rối hơn là cú sốc tải có thể gây ra xung đột trong cộng đồng vi sinh vật. Bể sinh học của chúng ta không chỉ chứa vi khuẩn nitrat hóa, mà còn có nhiều vi khuẩn dị dưỡng phân hủy chất hữu cơ. Vi khuẩn dị dưỡng chiếm ưu thế hơn nhiều so với vi khuẩn nitrat hóa, vì chúng sinh sản nhanh chóng và cạnh tranh khốc liệt về thức ăn. Thông thường, mọi người sống hòa bình, nhưng một khi nồng độ chất hữu cơ cao xuất hiện, vi khuẩn dị dưỡng sẽ nhân lên như những con sói đói, cạnh tranh với vi khuẩn nitrat hóa về oxy và không gian sống. Giống như một nhóm người khỏe mạnh lao vào giành thức ăn trong quán ăn tự phục vụ, vi khuẩn nitrat hóa nhai chậm không thể cạnh tranh và chỉ có thể bị đói. Tại thời điểm này, kiểm tra bằng kính hiển vi sẽ cho thấy các khuẩn lạc vi khuẩn đã trở nên lỏng lẻo, động vật nguyên sinh đã giảm, và số lượng vi khuẩn nitrat hóa, vốn chiếm một tỷ lệ nhất định, đã giảm mạnh. Cấu trúc của toàn bộ cộng đồng vi sinh vật đã bị phá vỡ.
Theo thời gian, hoạt động và số lượng vi khuẩn nitrat hóa giảm. Do tác động của tải trọng, chúng không chỉ bị đói, thiếu oxy và khó chịu về pH, mà còn có thể chết do suy thoái môi trường. Tốc độ sinh sản của vi khuẩn nitrat hóa đã chậm, với chu kỳ thế hệ là vài ngày, không giống như vi khuẩn dị dưỡng có thể sinh sản nhiều thế hệ trong một ngày. Một khi một số lượng lớn vi khuẩn nitrat hóa chết, việc phục hồi trở nên khó khăn. Tại thời điểm này, nếu bạn đi đo amoni nitơ trong bể sinh học, bạn sẽ thấy rằng amoni nitơ ở đầu vào không giảm nhiều, và nó vẫn cao ở đầu ra, cho thấy rằng phản ứng nitrat hóa gần như đã đình trệ. Giá trị amoni nitơ trong nước thải bắt đầu tăng từ thời điểm này.
Nếu tác động tải trọng kéo dài hoặc cường độ tác động đặc biệt cao, tình hình sẽ còn tồi tệ hơn. Hệ thống nitrat hóa có thể sụp đổ hoàn toàn, và ngay cả khi tải trọng đầu vào giảm, amoni nitơ cũng không thể giảm trở lại. Bởi vì vi khuẩn nitrat hóa gần như đã chết, "lực lượng chính" trong bể sinh học đã biến mất và cần được đào tạo lại. Nó giống như đầu bếp trong bếp sau của một quán ăn tự phục vụ mệt mỏi và bỏ chạy. Ngay cả khi có ít khách hàng hơn, không ai có thể nấu ăn nữa, vì vậy chúng ta phải tuyển dụng và đào tạo những người mới. Quá trình này có thể mất ít nhất một hoặc hai tuần, hoặc lâu nhất là một hoặc hai tháng, và amoni nitơ trong nước thải chắc chắn sẽ tiếp tục vượt quá tiêu chuẩn.
Một điểm dễ bị bỏ qua khác là bể lắng cũng dễ gặp vấn đề sau cú sốc tải, gián tiếp dẫn đến sự gia tăng amoni nitơ. Dưới tác động, hoạt động của vi sinh vật kém, và hiệu quả đông tụ của các bông cặn vi sinh vật không tốt. Điều này có thể dẫn đến hiện tượng bùn trương nở và rò rỉ bùn trong bể lắng. Một số lượng lớn vi khuẩn nitrat hóa chảy ra khỏi hệ thống cùng với bùn, và quần thể vi sinh vật trong bể giảm, tự nhiên gây ra sự tụt hậu về khả năng xử lý. Tại thời điểm này, nếu bạn đến bể lắng và nhìn, sẽ có một lớp bùn mịn nổi trên bề mặt nước, và rất nhiều bùn cũng sẽ được đưa ra khỏi cửa xả. Đo nồng độ bùn (MLSS), và bạn sẽ thấy rằng nó thấp hơn nhiều so với bình thường.
Ai đó có thể hỏi, tại sao amoni nitơ không giảm sau khi cú sốc tải qua đi? Điều này là do sự phục hồi của vi khuẩn nitrat hóa cần thời gian. Giống như khi một người làm việc quá sức và bị bệnh, đó không phải là điều có thể chữa khỏi chỉ trong một ngày nghỉ ngơi, họ cần phải tự chăm sóc bản thân từ từ. Ngay cả khi tải trọng đầu vào trở lại bình thường và các yếu tố môi trường như oxy hòa tan và pH được điều chỉnh trở lại, vi khuẩn nitrat hóa sẽ phải sinh sản và tích lũy trở lại, điều này có thể mất vài ngày hoặc vài tuần. Trong giai đoạn phục hồi này, amoni nitơ trong nước thải sẽ vẫn cao cho đến khi chức năng của hệ thống nitrat hóa được phục hồi hoàn toàn.
Hãy tóm tắt quá trình này: tăng tải trọng đột ngột → tăng nhanh chóng tiêu thụ oxy của vi sinh vật, không đủ oxy hòa tan → phân hủy chất hữu cơ để tạo ra axit, tiêu thụ độ kiềm, giảm pH → sự tăng sinh lớn của vi khuẩn dị dưỡng, chiếm không gian sống của vi khuẩn nitrat hóa → ức chế hoạt động của vi khuẩn nitrat hóa, giảm số lượng → giảm đáng kể hiệu quả chuyển đổi amoni nitơ → bùn chảy ra từ bể lắng, tăng cường mất vi sinh vật → liên tục tăng amoni nitơ trong nước thải → ngay cả sau khi tác động kết thúc, hệ thống nitrat hóa vẫn cần thời gian để phục hồi, và amoni nitơ vẫn cao.
Bằng cách hiểu quá trình này, chúng ta có thể ngăn chặn và ứng phó tốt hơn với các cú sốc tải trong cuộc sống hàng ngày của mình. Ví dụ, tăng cường giám sát dòng nước đầu vào để phát hiện những biến động bất thường trước; Tối ưu hóa hệ thống sục khí để đảm bảo khả năng cung cấp oxy đầy đủ; Dự trữ một số chất kiềm và bổ sung chúng kịp thời nếu cần thiết; Đảm bảo kiểm soát thích hợp việc hoàn lưu bùn để ngăn ngừa rò rỉ bùn và các vấn đề khác. Bằng cách thực hiện tốt những công việc này, chúng ta có thể giảm thiểu tác động của cú sốc tải lên amoni nitơ trong nước thải, làm cho hệ thống xử lý nước thải của chúng ta ổn định và đáng tin cậy hơn.
