Nguyên lý hoạt động của mỗi loại giá thể vi sinh:
Dựa trên nguyên lý lực tương tác yếu Van der Waals, các vi sinh vật hoạt động tự do trong môi trường nước thải và dần dần tạo thành lớp màng sinh học nhờ các phân tử kết dính tế bào với nhau. Khi lớp màng mỏng đầu tiên được hình thành, quá trình hình thành màng vẫn tiếp diễn và cứ lặp lại theo trình tự giống nhau, các tế bào cũng liên kết với nhau. Các vi sinh vật gồm nhiều chủng loại như nấm, tảo, vi khuẩn… tiết ra một lượng các polymer ngoại bào giúp chúng có thể dính bám trên bề mặt. Do đó, quá trình trao đổi chất, nitrat hóa hay phân hủy các chất hữu cơ diễn ra nhanh nhờ vào mật độ vi sinh lớn có trong giá thể vi sinh di động. Quá trình hình thành của màng sinh học gồm thành 5 giai đoạn: kết dính, dính bám, phát triển, trưởng thành và cuối cùng là phân ly.
Bởi vì các tế bào vi sinh trên bề mặt của giá thể sẽ bảo vệ cho các lớp tế bào bên trong. Tùy thuộc vào độ dày của lớp màng, các tế bào vi khuẩn bên trong có thể tồn tại trong một trạng thái ngủ do thiếu oxy cho tới khi lớp ngoài bị phá vỡ. Khi các vi khuẩn tế bào bên ngoài bị phân tán, các vi sinh vật bên trong hoạt động theo trình tự cũ và hình thành một lớp màng hoàn toàn mới. Có thể nói rằng, giá thể vi sinh rất bền với cơ chế phát triển tự nhiên, vì vậy nó giống như một bộ máy lọc nước mà không tốn chi phí vậy.
Một số loại giá thể thường được lựa chọn tại Việt Nam:
» Giá thể Dạng tấm tổ ong cố định: Là những tấm hình chữ nhật được làm từ chất liệu PVC, có hình dáng như những vỉ trứng. Các tấm này được xếp gắn kết với nhau băng keo dán nhựa tạo thành các khối nhìn giống hình tổ ong. Khi lắp đặt, các lỗ được đặt vuông góc với đáy bể để đảm bảo lưu thông dòng, đồng thời tránh bị áp lực của nước và khí từ đáy.
» Giá thể vi sinh dạng cầu lơ lửng: Đây là loại giá thể hình cầu có kích thước D= 50 mm, chúng được làm từ chất liệu nhựa PP màu đen, các quả cầu này sẽ được thả nổi lơ lửng trong bể hiếu khí hay còn gọi là bể Aerotank.
» Giá thể vi sinh di động MBBR: Giá thể này có hình như những bánh xe nhỏ, người ta còn gọi nó là giá thể viên xe. Chúng được bổ sung vào bể sinh học để tăng sinh khối.
Những ưu điểm khi sử dụng giá thể vi sinh:
- Hiệu năng xử lý cao.
- Tải lượng chất hữu cơ được xử lý cao hơn do đó diện tích công trình nhỏ, phù hợp với nơi đô thị, chung cư hay resort…
- Chịu được độ sốc tải trọng cao do có nhiều chủng vi sinh vật hiếu khí, kị khí và tùy nghi cùng tồn tại trong bể sinh học.
Hơn nữa, công nghệ xử lý sinh học hiếu khí với hệ vi sinh vật dính bám còn có một số ưu điểm khác như:
- Quá trình xử lý xảy ra cả hiếu khí, thiếu khí, kỵ khí.
- Diễn ra cả hai quá trình nitrit và denitrification.
- Có thể trung hòa trong trường hợp lưu lượng nước thải đầu vào tăng đột ngột hoặc trong nước thải có chứa hàm lượng chất độc (ở nồng độ thấp).
- Lớp màng vi sinh được hình thành, trong quá trình vận hành, chúng tiêu thụ sinh khối lẫn nhau trong cùng một quần thể sinh vật.
- Giá thể vi sinh càng nhiều nếp nhăn thì bề mặt tiếp xúc (m2/m3) càng lớn tạo điều kiện tối ưu cho quá trình sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật, từ đó làm tăng hiệu quả xử lý.
- Chế độ thủy động học trong hệ thống được khống chế đảm bảo ở mức tối ưu, giúp quá trình bóc tách, loại bỏ vi sinh vật già một cách thuận lợi, ngăn ngừa tình trạng vi sinh già bám trên bề mặt giá thể ảnh hưởng đến sự hình thành của lớp màng mới.
Một ưu điểm nổi bật của sự kết hợp công nghệ xử lý sinh học hiếu khí cổ điển với vi sinh vật dính bám là lượng bùn sinh ra chỉ chiếm một phần ba lượng bùn khi áp dụng công nghệ xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật lơ lửng theo phương thức cổ điển. Nhờ đó, không phải tốn năng lượng tuần hoàn bùn, lượng bùn xử lý ít hơn sẽ giúp tiết kiệm chi phí.
