Vi khuẩn phức tạp một cách đáng kinh ngạc, mặc dù mỗi vi khuẩn chỉ bao gồm một tế bào duy nhất. Vi khuẩn chiếm khoảng 95% tổng số vi sinh vật trong bùn hoạt tính. Miễn là có đủ chất dinh dưỡng, vi khuẩn có thể nhân lên (thời gian tạo tế bào) rất nhanh bằng cách tách thành hai tế bào giống nhau. Một số có thể chia thành hai chỉ trong 11 phút. Nhiều con có thể tăng gấp đôi trong 20 đến 30 phút (Glymph, 2005). Thời gian sinh sản của các loại vi khuẩn hiếu khí và nitrat hoá như thế nào?
Tốc độ vi khuẩn sinh sản trong hệ thống bùn hoạt tính là điều tôi được hỏi thường xuyên hơn bạn nghĩ. Mặc dù có sự thay đổi lớn về tốc độ phân chia tế bào vi khuẩn và mỗi hệ thống xử lý nước thải đều khác nhau, nhưng tôi nghĩ có thể hữu ích nếu cung cấp một số ví dụ.
Nếu bạn muốn biết thêm thông tin về vi sinh nước thải, tôi khuyên bạn nên lấy cả cuốn sách của Toni Glymph cũng như một cuốn sách tham khảo toàn diện, dễ đọc, khác của Michael Gerardi.
Gerardi, Michael H. “Vi khuẩn trong nước thải.” Hoboken, NJ: John Wiley & Sons, Inc., 2006.
Tốc độ sinh sản của tế bào vi khuẩn hay thời gian vi khuẩn tạo tế bào mới bằng cách phân chia tế bào (phân hạch), luôn thay đổi. Tỷ lệ sinh sản khác nhau đáng kể giữa các nhóm vi khuẩn hiếu khí, tuỳ nghi và nitrat hóa. Ngoài ra, các quần thể vi khuẩn ở trong trạng thái thay đổi liên tục, cạnh tranh với nhau, phát triển và thu hẹp khi các điều kiện thay đổi trong lò phản ứng sinh học.
Các vi sinh vật quan trọng nhất trong quá trình bùn hoạt tính là vi khuẩn. Nấm, động vật nguyên sinh và metazoa có tầm quan trọng thứ yếu. (Eckenfelder, W. Wesley và Grau, Petr. “Thiết kế và kiểm soát quá trình bùn hoạt tính: Lý thuyết và Thực hành.” Tập 1. Lancaster, Pennsylvania, Technomic Publishing Company, Inc., 1992.)
Vi khuẩn hiếu khí, kỵ khí và tuỳ nghi là gì?
Vi khuẩn hiếu khí: là vi khuẩn phải có oxy phân tử (hòa tan) để tồn tại. Vi khuẩn nitrat hóa là vi khuẩn hiếu khí nghiêm ngặt.
Vi khuẩn tuỳ nghi: Vi khuẩn có thể sử dụng oxy hòa tan hoặc oxy thu được từ các ion sunfat hoặc nitrat. Vi khuẩn tùy chọn này cho khả năng sống trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí. Sự phân chia tế bào đối với vi khuẩn có khả năng sinh sản cao hơn (hiệu quả hơn) trong điều kiện hiếu khí.
Phần lớn vi khuẩn trong bùn hoạt tính là không bắt buộc – chúng có thể sống trong điều kiện không có hoặc có mặt của oxy hòa tan. Điều này rất quan trọng đối với sự tồn tại của bùn hoạt tính trong thời gian thiếu oxy.
Vi khuẩn kỵ khí: Vi khuẩn không sử dụng oxy phân tử tự do để phân hủy chất nền. Những sinh vật này bao gồm vi khuẩn khử sunfat và vi khuẩn tạo mêtan sử dụng sunfat và carbon dioxide tương ứng (Gerardi).
Floc: Floc bao gồm các cụm vi khuẩn và các phần tử kết hợp với nhau trong bể sinh học để tạo thành một cụm. Một khối floc được tạo thành từ hàng triệu sinh vật trong một lớp bùn hoạt tính tốt, bao gồm vi khuẩn, nấm, nấm men, động vật nguyên sinh và giun.
MLSS from a Refinery Bioreactor
Thời gian sinh sản của vi khuẩn nitrat hoá
Đối với vi khuẩn nitrat hóa, thời gian tạo tế bào cực kỳ chậm, trong khoảng 48 đến 72 giờ trong điều kiện tốt. Trong một môi trường căng thẳng, thời gian tạo nitrat hóa có thể kéo dài tới 15 ngày. Chú ý đến tỷ lệ của trục X. Trong hai biểu đồ trước, thời gian được tính bằng đơn vị GIỜ. Đối với tốc độ tăng trưởng của chất nitrat hóa trong biểu đồ bên dưới tỷ lệ hiện tính bằng đơn vị DAYS. Sau 30 ngày phân chia tế bào, với sự phân chia tế bào diễn ra sau mỗi 48 giờ, dân số nitrat hóa chỉ tăng lên chỉ 32.768 tế bào vi khuẩn!
Nitrat hóa tạo tế bào vi khuẩn cứ sau 48 giờ
Thời gian sinh sản của tế bào vi khuẩn trong hệ thống xử lý nước thải
Với điều kiện các yếu tố phi sinh học tối ưu trong hệ thống bùn hoạt tính nước thải sinh hoạt của thành phố, thời gian tạo tế bào có thể nhanh nhất là 11 phút một lần. Bắt đầu với một tế bào vi khuẩn duy nhất tại thời điểm 0, khi tế bào đầu tiên này phân chia (nhân đôi) 11 phút sau đó, với mỗi nhóm tế bào mới tiếp tục nhân đôi sau mỗi 11 phút, 480 phút hoặc tám giờ sau, quần thể vi khuẩn đã tăng lên 17.592.186.044.416 tế bào! ! Đây là một tốc độ tăng trưởng đáng kinh ngạc, đòi hỏi tỷ lệ thải bùn cao hơn nhiều so với hầu hết các hệ thống nước thải công nghiệp có thời gian tạo tế bào lâu hơn. Bạn có thể đọc bảng sản xuất tế bào (thời gian tạo) trong 11 phút ở cuối bài đăng này.
Ngược lại, trong môi trường căng thẳng hơn của bể sinh học nước thải công nghiệp, nơi mà các điều kiện tối ưu chiếm ưu thế, quá trình phân chia tế bào có thể kéo dài đến 30 phút một lần hoặc hơn. Một lần nữa, bắt đầu với một tế bào vi khuẩn duy nhất tại thời điểm 0, khi tế bào đầu tiên này phân chia (nhân đôi) 30 phút sau, với mỗi nhóm tế bào mới tiếp tục nhân đôi sau mỗi 30 phút, 480 phút hoặc tám giờ sau, quần thể vi khuẩn đã tăng lên chỉ còn 65.536 ô.
Các yếu tố ảnh hưởng tới thời gian sinh sản của vi khuẩn
Một yếu tố quan trọng là liệu chúng ta có đang xem xét việc tạo tế bào trong hệ thống nước thải đô thị hay công nghiệp hay một số kết hợp của cả hai. Vì đơn giản là tôi muốn xem có ít tác nhân gây căng thẳng hơn tồn tại trong một nhà máy nước thải đô thị so với một hệ thống xử lý công nghiệp.
Ví dụ, các nhà máy xử lý nước thải công nghiệp có nhiều khả năng chịu sự thay đổi lớn hơn về tải lượng hữu cơ, tải lượng amoniac, pH của nước thải, nhiệt độ nước thải, v.v. Chúng được gọi là “các yếu tố phi sinh học”. Các yếu tố phi sinh học là các thành phần không còn tồn tại hoặc các điều kiện hoạt động trong một đơn vị xử lý sinh học ảnh hưởng đến hoạt động và sự tăng trưởng của sinh khối. Các yếu tố phi sinh học quan trọng trong quá trình bùn hoạt tính bao gồm độ kiềm, amoniac ion hóa, oxy hòa tan, thời gian lưu thủy lực (HRT), chất dinh dưỡng, pH, số lượng và loại chất nền, sunfat, nhiệt độ, chất thải độc hại và axit bay hơi (Gerardi, 2006).
Phục hồi hệ thống bị sốc tải vi sinh
Tốc độ vi khuẩn sinh sản trở nên rất quan trọng khi cố gắng phục hồi sau các tình trạng khó chịu nói chung và các vấn đề về ức chế hoặc độc tính cụ thể. Ở tốc độ tạo tế bào chậm hơn, quá trình phục hồi sẽ mất nhiều thời gian hơn, có lẽ lâu hơn, đòi hỏi Tăng cường sinh học để bắt đầu xử lý sinh học. Trong trường hợp thực vật nitrat hóa, điều này trở nên cực kỳ quan trọng do tốc độ tạo tế bào chậm đối với chất nitrat hóa.
Bài chi tiết: Sốc tải là gì? Cách khắc phục
Đối với Tăng cường sinh học, điều này có thể được thực hiện bằng cách thêm chất rắn lơ lửng dạng lỏng (MLSS) hoặc bùn hoạt tính trở lại (RAS) có nồng độ chất rắn cao hơn, từ một nhà máy nước thải gần đó. Đối với các hệ thống nước thải công nghiệp, do thiếu hoàn toàn các vi sinh vật thích nghi trong MLSS hoặc RAS từ một nhà máy thành phố, theo kinh nghiệm của tôi, Tăng cường sinh học sử dụng vi khuẩn được nuôi cấy sẽ là một lựa chọn tốt hơn nhiều. Để biết thêm về Tăng cường sinh học, có một cuốn sách giáo khoa tuyệt vời khác của Michael Gerardi mà tôi giới thiệu:
Gerardi, Michael. “Tăng cường sinh học và kích thích sinh học trong nước thải.” Lancaster, Pennsylvania: DEStech Publications, Inc. 2016. (http://www.destechpub.com)
Nguồn: The Wastewater Blog
Sản xuất tế bào vi khuẩn với tốc độ tạo 11 phút
