Giá thể vi sinh

Hầu như các hệ thống xử lý nước thải hiện đại đều cần dùng tới giá thể vi sinh. Hiệu suất xử lý nước cực kỳ cao, cùng với chi phí tiết kiệm và những đặc tính xử lý nước chỉ có hệ thống vi sinh mới có thể mang lại. Đó chính là loại vật liệu xử lý nước hiện đại, giá thể vi sinh, một loại vật liệu hoạt động dựa trên đặc điểm sinh học của các loài vi sinh vật. Nếu bạn đang thác mắc tại sao giá thể vi sinh lại là một vật liệu lọc hiệu quả, tiết kiệm chi phí, tiết kiếm thời gian thì hãy cùng Kho Máy Bơm tìm hiểu qua thông tin bên dưới đây nhé.

I - Giá thể vi sinh là gì?

Giá thể vi sinh hay còn được gọi là đệm vi sinh, trong tiếng anh là Microbiological prices. Đây là một loại vật liệu giúp cho vi sinh có thể dễ dàng bám và phát triển trên đó, hay có thể nói giá thể vi sinh là "ngôi nhà" cho vi sinh sinh sống. Nếu như không có những giá thể vi sinh này, những vi sinh vật sẽ dễ dàng bị trôi đi mất, làm mất đi hoạt tính sinh học của vi sinh. Do đó, để gia tăng hiệu quả "nuôi cấy" vi sinh trong môi trường xử lý nước, giá thể vi sinh được tạo ra để phục vụ cho điều này.

Vi sinh vật thường có kích thước rất nhỏ, thường chỉ to tầm µm hoặc thậm chí bé hơn, do đó bề mặt càng lớn thì càng giữ được nhiều vi sinh. Các loại vật liệu được sử dụng giá thể vi sinh càng hiệu quả thì bề mặt riêng của chúng càng cần phải lớn. Bề mặt riêng lớn đồng nghĩa với "ngôi nhà" của vi sinh càng rộng, giúp cho vi sinh giữ lại được nhiều hơn, thông qua đó gia tăng hiệu suất sử lý nước thải.

Nhờ có diện tích bề mặt riêng lớn, giá thể vi sinh giúp sinh khối tăng đáng kể

Như vậy, giá thể vi sinh là một loại vật liệu giúp giữ được càng nhiều vi sinh càng tốt. Để làm được điều đó thì nhựa công nghiệp là loại vật liệu có thể đáp ứng được tất các tiêu chí về mặt thiết kế, độ bền, độ linh động, giá thành cũng rẻ và đặc biệt là chúng rất "an toàn" với các loài vi sinh. Nhờ có các loại giá thể vi sinh hiện đại, sinh khối vi sinh được gia tăng đáng kể và giúp đem lại hiệu quả cho quá trình phân hủy sinh học được tốt hơn, rút ngắn thời gian xử lý nước thải đi đáng kể.

II - Nguyên lý hoạt động của giá thể vi sinh

Trong môi trường nước bẩn, giá thể vi sinh hoạt động như là một nơi cư trú dành cho các quần thể hệ vi sinh vật bám dính trên đó. Sau khoảng 15 - 20 ngày hoạt động, từ một số lượng ít vi sinh xử lý nước được cấy vào hệ thống xử lý nước thải, lượng sinh khối được gia tăng đáng kể. Ta có thể nhận thấy chúng băng mắt thường, thông qua các lớp mang mỏng bám dính trên hệ giá thể vi sinh này.

Nhờ có lượng oxy trong nước được cung cấp và khuếch tán, hệ vi sinh vật hiếu khí phát triển sẽ sử dụng các chất bẩn trong nước làm thức ăn, nhờ đó mà hàm lượng chất gây ô nhiễm giảm đi đáng kể. Hàm lượng chất bẩn sẽ tỷ lệ nghịch với sinh khối của vi sinh vật. Sau một thời gian, lớp màng bám dính trên giá thể vi sinh ngày một dày hơn, khiến cho hàm lượng oxy khó lòng tiếp xúc với toàn bộ bề mặt của giá thể.

Hiện tượng này sẽ kéo theo sự phân chia 3 chủng vi sinh vật cùng sinh sống trên giá thể. Đó là vi sinh hiếu khí, thiếu khí và vi sinh kỵ khí. Với sự có mặt "đông đủ" của các chủng loại vi sinh, giúp hình thành một hệ vi sinh hoạt động cực kỳ mạnh mẽ, giúp đẩy nhanh quá trình phân giải sinh học, xử lý được hầu hết các loại chất thải khác nhau, bởi mỗi loài vi sinh sẽ "ăn" một loại chất bẩn.

Cuối cùng, sau một thời gian hoạt động, nhờ có hệ thống xủi khí, giúp đẩy các hạt giá thể vi sinh hoặc đẩy nước thải đi xuyên qua hệ giá thể vi sinh, làm tách ra các lớp bùn vi sinh, đọng lại một ít lớp mỏng và lại quay vòng hấp thụ tuần hoàn của vi sinh để lọc chất bẩn trong nước thải. Chúng ta có thể tóm tắt quá trình hoạt động của giá thể vi sinh như sau:

- Giai đoạn 1: Vi sinh vật sẽ bám dính trên bề mặt vật liệu.

- Giai đoạn 2: Sự tăng trưởng của vi sinh trên vật liệu giúp hình thành các lớp màng nhầy, thúc đẩy quá trình phân hủy sinh học tự nhiên một cách mạnh mẽ.

- Giai đoạn 3: Số lượng vi sinh phát triển đến mức tối đa, lớp mang nhầy cực kỳ dày và không thể dày thêm được nữa, hiệu suất phân hủy sinh hoạt đã đạt đến mức tối ưu nhất. Giai đoạn là lúc "chín" của quá trình.

- Giai đoạn 4: Lớp màng nhầy vi sinh sẽ không tăng thêm được nữa mà trở nên ổn định. Sau đó, chúng bị tách ra một lớp và bắt đầu một chu trình phát triển mới. Trong giai đoạn sẽ luôn cần phải cung cấp thêm "thức ăn" để quần thể vi sinh được duy trì, nếu không vi sinh vật sẽ bị thiếu dinh dưỡng và bắt đầu phân hủy nội bào để có được sự cân bằng với cơ chất và sinh khối. Chất hữu cơ sẽ tiếp tục được phân hủy thành nước và khí CO2 giải phóng ra trong quá trình này.

III - Tác dụng của giá thể vi sinh

Theo nguyên lý hoạt động của giá thể vi sinh, giúp gia tăng sinh khối của các loài vi sinh có lợi, đa phần những loại giá thể vi sinh được ứng dụng trong ngành xử lý nước thải, một số được ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản, còn một số khác thì được sử dụng trong nông nghiệp. Có thể thấy được giá trị mà giá thể vi sinh mang lại trong đời sống hiện đại ngày một mạnh mẽ, chúng đang làm thay đổi bộ mặt của thế giới và góp phần đem lại lợi ích cho hành tinh xanh.

Ứng dụng nhiều nhất của giá thể vi sinh chính là ngành xử lý nước thải, nó là phát kiến giúp thúc đẩy quá trình phân giải sinh học mà giá thành và chi phí xử lý được giảm đi đáng kể, đồng thời đảm bảo hiệu suất xử lý và giảm thiểu lượng bùn thải đẩy ra ngoài. Hơn nữa, quá trình xử lý nước thải có hệ thống giá thể vi sinh cũng giúp giảm bớt mùi hôi thối sinh ra nhờ vi sinh có thể "ăn" rất tốt các loại chất thải có mùi hôi.

IV - Các loại giá thể vi sinh

1 - Giá thể vi sinh dạng cầu

Được thiết kế theo dạng hình cầu, giá thể vi sinh loại này có thể di động được trong môi trường nước thải, giúp tăng hiệu năng xử lý nước được cải thiện đáng kể. Kết cấu hình cầu giúp cho giá thể vi sinh dạng cầu dễ dàng di chuyển khắp mọi vị trí bên trong bồn chứa, nhờ đó làm tăng sự tiếp xúc giữa vi sinh và các chất hữu cơ có trong nước tốt hơn.

Ưu điểm của giá thể vi sinh dạng cầu

• Tỷ lệ bám dính tốt, dễ sử dụng
• Có cấu trúc bề mặt lớn nên mật độ vi sinh bám dính cao, tỉ lệ diện tích bề mặt > 500m2/m3.
• Sử dụng được cho nhiều loại về bởi khả năng linh động
• Vật liệu bền bỉ, tái sử dụng được nhiều lần.
• Kiểu dáng hình cầu dễ dàng xoay tròn, cải thiện khả năng tiếp xúc, tăng tốc độ xử lý.
• Không cần tốn khoản chi phí làm khung giá đỡ
• Mật độ giá thể trong bể có giá trị tối ưu tầm 25 – 50%, không nên vượt quá 67%.

Nhược điểm của giá thể vi sinh MBBR

• Dễ bị trôi đi mất di dạng hình cầu lơ lửng, khiến quá trình thu hồi gặp khó khăn..

2 - Giá thể vi sinh MBBR

Giá thể vi sinh MBBR là một dạng giá thể bằng nhựa có hình dạng tròn tựa như những cái bánh xe. Sở dĩ nó được gọi là MBBR là bởi cụm từ này là viết tắt của "Moving Bed Biofilm Reactor", có nghĩa là giá thể vi sinh di động. Giá thể vi sinh MBBR được thiết kế nhằm mang lại khả năng di động, giúp nó tiếp xúc với mọi vị trí trong không gian một cách tối đa.

Nhờ có khả năng di động linh hoạt của giá thể MBBR trong môi trường xử lý nước mà hiệu năng được gia tăng lên gấp nhiều so với việc sử dụng các loại bùn hoạt tính thông trường. Hơn nữa, giá thể vi sinh MBBR cũng có diện tích bề mặt bám cực lớn, khiến cho sinh khối của vi sinh đặt được mức cao, làm tăng khả năng phân hủy sinh học. Giá thể vi sinh MBBR trong môi trường nước có thể xoay chuyển, di động qua lại và có mặt tại hầu hết các nơi trong bể xử lý. 

Ưu điểm của giá thể vi sinh MBBR

• Với kích thước nhỏ, giúp chúng hoạt động tốt trong không gian nhỏ
• Diện tích bề mặt cực lớn, tăng khả năng bám dính vi sinh tốt hơn.
• Sử dụng vật liệu nhựa cao cấp nên rất bền bỉ, tái sử dụng được nhiều lần.
• Thích hợp sử lý nhiều hình dạng bể khác nhau.
• Với tỷ trọng nhẹ hơn nước rất nhiều nên tính linh động rất cao, hiệu năng tốt.
• Dễ dàng sử dụng và không cần phải làm khung đỡ.

Mật độ giá thể trong bể cũng là yếu tố cần lưu ý: giá trị tối ưu trong khoảng 25 – 50%, không được vượt quá 67%.

Nhược điểm của giá thể vi sinh MBBR

• Dễ bị lắng tụ sau một thời gian sử dụng do lượng bùn bám vào các kẽ nhựa, khiến hạt nặng hơn nước.
• Kích thước quá nhỏ nên thường bị hao hạo, gây khó cho quá trình thu hồi.

3 - Giá thể vi sinh dạng sợi

Diện tích bề mặt sợi là cực kỳ lớn, điều đó giúp cho vi sinh bám lên được nhiều hơn và quá trình xử lý nước thải được gia tăng đáng kể. Ngày nay, giá thể vi sinh dạng sợi được sử dụng rất nhiều bởi nó mang lại hiệu quả xử lý khá tốt, lại dễ dàng thu hồi và tái sử dụng được nhiều lần. Giá thể dạng sợi có thể giúp cho các dạng vi sinh hiếu khí lẫn kỵ khí phát triển. Nhờ có giá thể vi sinh mà mật độ sinh khối luôn được duy trì mức ổn đinh.Tuy nhiên, dạng giá thể này không linh động nên sẽ có hạn chế trong một số trường hợp.

Ưu điểm của giá thể vi sinh dạng sợi

Giá thể vi sinh dạng sợi thường sản xuất từ nhựa PE giá thành rẻ và nhiều số lượng có sẵn do có nhiều công ty tại Việt Nam sản xuất và trực tiếp thi công. Chúng có các ưu điểm sau:

• Chỉ cần sử dụng loại nhựa PE rẻ tiền là sử dụng được nên giá thường rất rẻ
• Dễ dàng thi công nên hầu như công ty nào của Việt Nam cũng làm được
• Có độ bền sử dụng rất cao (trên 5 năm)
• Tải trọng cao, dễ dàng bổ sung lượng nước thải lớn trong quá trình xử lý.
• Thu hồi gọn gàng, dễ vệ sinh và tái sử dụng.
• Không làm cho dòng chảy bị tắc nghẽn do luôn được cố định
• Quá trình vận hành và sửa chữa đơn giản.

Nhược điểm của giá thể vi sinh dạng sợi

Để giữ cho giá thể hoạt động được thì cần phải làm giàn treo nên sẽ tốn thời gian và chi phí cho việc lắp đặt, thích hợp với các khu chuyên xử lý nước thải khu công nghiệp.

4 - Giá thể vi sinh dạng tổ ong

Như tên gọi, giá thể vi sinh được thiết kế mô phỏng theo hình tổ ong, là hình dạng có tiết diện tối ưu về mặt cấu trúc nhất. Người ta thiết kế các tấm giá thể theo dạng hình tổ ong không phải vì hình thức của nó mà vì tiết diện hình tổ ong thường lớn, kết cấu vững chắc và ổn.

Ưu điểm của giá thể vi sinh tổ ong

• Có độ dày đồng nhất và tính thẩm mỹ cao
• Tốc độ lưu thông khí và dòng nước cao
• Độ bám dính của vi sinh vật tương đối cao
• Tốn chi phí thấp trong việc lắp đặt và vận hành
• Dễ vận chuyển và lắp đặt
• Chịu được các loại hóa chất ăn mòn có trong nguồn nước

Nhược điểm của giá thể vi sinh tổ ong

• Tốn thêm chi phí và công sức làm khung đỡ
• Tuổi thọ sử dụng không cao, chỉ từ 2 – 3 năm 
• Độ dày kém nên dễ rách khi sử dụng
• Chỉ sử dụng cho 1 lần và không thể tái sử dụng
• Gây khó khăn trong quá trình rửa ngược, lượng bùn bám dính có thể làm tăng trọng lượng gây sập giàn khung
• Chỉ dụng đối với công suất 5 m3 – > 1000 m3

5 - Giá thể vi sinh biochip

Loại giá thể này có hình dẹt và di động với mật độ xử lý trong mỗi đơn vị thể tích cao hơn các loại giá thể thông thường. Nhờ đặc điểm này mà chúng có hiệu quả xử lý chất hữu cơ cao hơn và ứng dụng cho thể tích bể xử lý nhỏ hơn.

Ưu điểm nổi bật của giá thể vi sinh biochip

• Có sự đồng nhất về độ dày.
• Tốc độ lưu thông đều và cao.
• Mật độ vi sinh xử lý được trong mỗi đơn vị thể tích cao hơn so với bể thổi khí bình thường, do đó thể tích bể xử lý nhỏ hơn mang tới hiệu quả xử lý chất hữu cơ cao hơn.
• Vi sinh xử lý sẽ được nhóm thành các vi sinh khác nhau, phát triển giữa các lớp màng vi sinh, khiến cho các lớp màng sinh học phát triển theo khuynh hướng tập trung vào các chất hữu cơ chuyên biệt.
• Chịu được các chất hoà tan có trong nước.

Ứng dụng của giá thể vi sinh biochip

Giá thể biochip này được ứng dụng nhiều trong xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp, ví dụ như các công ty dược phẩm, xi mạ, hóa chất, in ấn, luyện kim, chế biến thực phẩm,…

Ngoài những giá thể vi sinh phổ biến kể trên, thị trường hiện nay còn có một số giá thể khác như giá thể vi sinh cố định, giá thể xơ dừa, giá thể dạng bông mai, giá thể dạng hạt xốp,…