TIỂU LUẬN môn VI SINH môi TRƯỜNG đề tài ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH TĂNG TRƯỞNG lơ LỬNG của VI SINH vật TRONG xử lý nước

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG


BÀI TIỂU LUẬN
MÔN: VI SINH MÔI TRƯỜNG
ĐỀ TÀI: ỨNG DỤNG QUÁ TRÌNH TĂNG TRƯỞNG LƠ LỬNG CỦA VI SINH
VẬT TRONG XỬ LÝ NƯỚC

Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 2 năm 2022
1

download by :


DANH SÁCH HÌNH
Hình 3.1. Phương pháp xử lý nước thải bằng bùn vi sinh
Hình 3.2. Q trình chuyển hóa chất bẩn của bùn vi sinh
Hình 3.3. Cơng nghệ UNITANK
Hình 3.4. Bể SBR hoạt động với chu kỳ 5 pha
Hình 3.5. Ngun lý hoạt động bể SBR
Hình 3.6. Mương oxy hóa
Hình 3.7. Quá trình Ludzack - Ettinger
Hình 3.8. Quá trình Ludzack – Ettinger cải tiến (MLE)
Hình 3.9. Quá trình khử nito cung cấp theo bậc
Hình 3.10. Quá trình Bardenpho (4 bậc)
Hình 3.11. Công nghệ A/O

2

download by :


DANH SÁCH BẢNG
Bảng 1.1. Chức năng của vi khuẩn trong bùn hoạt tính

3

download by :


MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU........................................................................................................... 6
1. Lý do chọn đề tài:........................................................................................... 6
2. Mục đích của đề tài:....................................................................................... 6
PHẦN NỘI DUNG...................................................................................................... 6
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG......................................................................... 6
1.1. Định nghĩa bùn hoạt tính:.............................................................................. 6
1.2. Thành phần cấu tạo:...................................................................................... 6
1.3. Quá trình hình thành:.................................................................................... 7
1.4. Vai trị của bùn hoạt tính trong xử lý nước thải:.......................................... 8
CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG VÀ PHÂN LOẠI BÙN HOẠT TÍNH
10
2.1. Các yếu tố ảnh hưởng:................................................................................. 10
2.2. Phân loại bùn hoạt tính:............................................................................... 11
CHƯƠNG 3: Q TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH...................................................... 12
3.1. Bể bùn hoạt tính (bùn sinh học) trong quá trình xử lý nước thải:..............12
3.2. Nguyên lý cơng tắc:......................................................................................... 12
3.3. Các dạng ứng dụng q trình bùn hoạt tính:............................................... 15

3.3.1. Bùn hoạt tính – cịn gọi bằng Aerotank:.................................................. 15
3.3.2. Bể bùn hoạt tính tiếp xúc - ổn định:........................................................ 15
3.3.3. Bể UNITANK:........................................................................................... 16
3.3.4. Bể phản ứng dạng mẻ SBR:..................................................................... 18
`3.3.5. Mương oxy hóa:....................................................................................... 20
3.4. Các q trình khử nitrat, khử ntio:............................................................... 22
3.4.1. Quá trình Ludzack – Ettinger:................................................................ 22
3.4.2. Quá trình Ludzack – Ettinger cải tiến (MLE):....................................... 22
3.4.3. Quá trình khử nito cung cấp theo bậc:.................................................... 23
3.4.4. Quá trình khử nito bùn hoạt tính 2 bậc (với nguồn cacbon bên ngồi):
23
3.4.5. Q trình Bardenpho (4 bậc):...................................................................... 24
4

download by :


3.4.6. Quá trình Phoredox (A/O):...................................................................... 24
3.4.7. Quá trình A2/O:......................................................................................... 25
3.4.8. UTC (University of Cape Town):............................................................. 25
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 26

5

download by :


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Lý do chọn đề tài: “Ứng dụng quá trình tăng trưởng lơ lửng của vi sinh vật trong

xử lý nước thải” vì hiện nay vấn nạn ô nhiễm nguồn nước là vấn đề vô cùng cấp bách
nhất của các nước phát triển cũng như là các nước đang phát triển, công nghệ này
được áp dụng trên nhiều nước do có nhu cầu bảo trì, năng lượng thấp và nhìn chung là
ít liên quan đến cơng nghệ. Ngồi ra nó cịn phù hợp để xử lý một phần nào đó nước
thải ở trong một cộng đồng có quy mơ nhỏ, hộ gia đình do khả năng vận hành đơn
giản, ít gặp phải sự cố và có khả năng khơi phục tốt. Và cũng nhằm giúp cho tất cả
mọi người hiểu thêm về công dụng và cấu tạo của nó trong q trình xử lý nước thải,
từ đây giúp cho mọi người dễ dàng tiếp cận hơn đối với quá trình xử lý nước thải để
đưa chúng vào và áp dụng trong đời sống thực tiễn.
2. Mục đích của đề tài:
Nhằm giúp hiểu rõ tường tận được tầm quan trọng của việc xử lý nước thải trong
đời sống cũng như trong các quá trình sản xuất cơng nghiệp hiện đại. Và cịn giúp
chúng ta hiểu hơn về cấu tạo và bộ máy vận hành của quá trình tăng trưởng lơ lửng
của vi sinh vật trong q trình xử lý nước thải. Ngồi ra, cịn giúp hiểu hơn về tầm
quan trọng của các quá trình xử lý nước thải trong các hoạt động công nghiệp.
PHẦN NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.

Định nghĩa bùn hoạt tính:
Bùn hoạt tính (hay cịn gọi là bùn vi sinh hoạt tính) là một quy trình xử lý nước

thải và nước thải cơng nghiệp sử dụng khơng khí và khối sinh vật học bao gồm 2 loài
là vi khuẩn và động vật nguyên sinh. Còn là nơi tụ hợp các vi sinh vật, vi khuẩn có khả
năng giữ ổn định chất hữu cơ hiếu khí được tạo lập nên trong q trình sinh hóa hiếu
khí khi xử lý nước thải theo kiểu phương pháp sinh học. Chúng là các bơng cặn (có
kích thước từ 3 – 150um), màu nâu sẫm, chứa đựng các chất hữu cơ hấp thụ từ nước
thải, đây cũng là nơi trú ngụ và phát triển của vô vàn các vi sinh vật, vi khuẩn khác.
1.2.

Thành phần cấu tạo:

6

download by :


Bùn sinh học là tập hợp các cá thể sinh vật (còn gọi là quần thể sinh vật), vi sinh
vật bao gồm: vi khuẩn, nấm, Protozoa, tích trùng và các lồi động vật khơng xương
sống, động vật bậc cao khác (giun, dịi, bọ). Bùn có hình thù dạng bóng, nó sở hữu
màu nâu xám.
Chúng bao gồm những sinh vật sống kết lại ở dưới dạng hạt hoặc dưới dạng bông
với trọng tâm là các chất nền rắn lơ lửng (40%). Chất nền trong bùn hoạt tính có thể
lên đến 90% là phần chết rắn của rêu, tảo và các phần sót lại rắn khác nhau
Các hạt bơng cặn này khi được xáo trộn và thổi khí vào sẽ từ từ sẽ trở nên to lớn
lên do hấp phụ nhiều hạt rắn lơ lửng nhỏ bé, tế bào vi sinh vật, nguyên sinh động vật
và các chất độc. Những hạt bông khi bị tạm ngừng thổi khí vào hay là cả khi các cơ
chất kiệt quệ, chúng sẽ lắng xuống tạo nên bùn hoạt tính. Khi bùn sinh học chìm
xuống thì tại lúc đó sẽ được gọi là “bùn già” khi đó bùn hoạt tính bị hạ xuống đáng kể.
Hoạt tính của bùn có thể được hoạt hóa trở lại bằng cách cung cấp đầy đủ chất dinh
dưỡng và chất hữu cơ cấp thiết.
Vi khuẩn là nhóm vi sinh vật đặc biệt quan trọng nhất trong việc phân hủy các
hợp chất hữu cơ và là thành phần cấu tạo thiết yếu của bùn hoạt tính. Bản chất của hợp
chất hữu cơ trong nước thải sẽ khẳng định được vi khuẩn của loại nào là chủ đạo.
1.3.

Q trình hình thành:
Trong tồn bộ quá trình phát triển sinh khối, vi sinh vật tiến hành đồng bộ, hấp

thụ, bẻ gãy liên kết của các chất dinh dưỡng có trong nước thải. Các vi sinh vật sinh

sản bằng cách nhân đôi tế bào là cốt yếu. Một mặt khác, quá trình sinh sản của vi sinh
vật không cần nhất thiết phải đến bất tận mà còn tùy thuộc vào nhiều nhân tố khác
nhau như: thức ăn, độ pH, nhiệt độ… Do đó, khi một trong những nhân tố được kể ở
phía trên khơng được thuận lợi thì quá trình sinh sản nhất định sẽ dừng lại.
Vi khuẩn bám dính vào những chất lơ lửng trong nước để trú ngụ, sinh sản và
phát triển sau đó dần dần hình thành nên các hạt bơng bùn được gọi là bùn hoạt tính.
Vi sinh vật tiếp tục phát triển lớn mạnh hơn nhờ vào khả năng hấp thụ trên bề mặt và
oxy hóa các chất hữu cơ xuất hiện trong nước thải rồi chìm lại xuống dưới phía đáy bể,
từ đó xóa bỏ các chất độc có hại ra khỏi nguồn nước và sẽ biến mặt nước trở nên trong
xanh hơn.

7

download by :


Vi sinh vật có thể sinh sản bằng cách sinh sản giới tính, nảy mầm, nhưng chính
yếu chúng sinh sản bằng cách phân đôi tế bào. Tuy nhiên, việc sinh sản này cũng sẽ
ngừng lại khi thức ăn kiệt quệ, chỉ số pH và nhiệt độ thay đổi ra ngoài giá trị tối ưu.
Tăng trưởng sinh khối của bùn sinh học bước qua 4 giai đoạn như sau:
-

Giai đoạn tăng trưởng chậm: ở giai đoạn này các loại vi sinh vật cần thời

gian để làm quen với môi trường dinh dưỡng. Nhưng mà, giai đoạn này tương
đối ngắn hơn giai đoạn phát triển chậm của số lượng vi khuẩn.
-

Giai đoạn tăng trưởng sinh khối theo logarit: tốc độ trao đổi chất và tăng

trưởng của vi khuẩn phụ thuộc vào khả năng xử lý chất nền của vi khuẩn. Ở tại
giai đoạn này, vi sinh vật dùng chất dinh dưỡng và tăng trưởng sinh khối.
-

Giai đoạn tăng trưởng chậm dần: quá trình tăng sinh khối giảm thấp xuống

tức là tốc độ tăng sinh khối giảm dần do chất dinh dưỡng của môi trường kiệt
quệ.
vi

Giai đoạn hô hấp nội bào: nồng độ các chất dinh dưỡng cho tế bào kiệt quệ,

khuẩn phải thực hành trao đổi chất bằng chính các nguyên sinh chất có trong tế
bào. Sinh khối giảm xuống dần do chất dinh dưỡng còn lại trong tế bào đã chết
và khuyếch tán ra bên ngoài để cung cấp cho tế bào sống.
1.4.

Vai trị của bùn hoạt tính trong xử lý nước thải:

Bùn hoạt tính được dùng khá rộng rãi trong xử lý nước thải để loại bỏ các chất
độc hại có trong nước và được đưa vào áp dụng cho cả nước thải sinh hoạt và nước
thải trong sản xuất (bột giấy, giấy, thực phẩm có hàm lượng chất hữu cơ cao cần phân
hủy sinh học) nhằm đáp ứng yêu cầu về mức chuẩn nước thải đầu ra.
Cơ chế hoạt động của bùn vi sinh trong việc xử lý nước thải căn bản sẽ như sau:
Các vi sinh trong bùn hoạt tính sẽ dùng chất hữu cơ trong nước làm dinh dưỡng, phân
hủy chất độc hại có trong nước (Nitơ, Amoni…) thành nước, CO 2 và các hợp chất
khác, sau khi phân hủy các chất rắn lơ lửng phần còn lại sẽ chìm xuống trong nước.
Vi khuẩn trong quá trình làm sạch nước thải của bùn hoạt tính được chia thành 8
nhóm như sau:
-

Alkaligenes – Achromobacter

-

Pseudomanas

-

Enterobacteriaceae

-

Athrobacter baccillus
8


download by :


-

Cytophaga – Flavobacterium

-

Pseudomanas – Vibrio aeromonas

-

Achrobacter

-

Hỗn hợp các vi khuẩn khác; Ecoli, Micrococus

Nước thải có chứa protein sẽ dễ kích thích các lồi vi khuẩn như: Alcaligenes,
Flavobacterium và Baccillus phát triển. Trong khi đó, nếu nước thải chứa thành phần
các hợp chất hydrat cacbon hoặc cacbua hydro thì suy ra sẽ kích thích Pseudomanas.
Có một khoảng thời gian người ta cho rằng, bùn hoạt tính xuất hiện nên do vi khuẩn
Zoogloea Ramigera. Nhưng khi trở về sau, người ta nói rằng tất cả các lồi vi khuẩn
đóng vai trị chính, cịn Zoogloea Ramigera đóng vai trị phụ đối với thành phần bùn
hoạt tính.
Nấm - lồi được xem là khơng muốn có mặt trong bùn hoạt tính. Nhưng đơi khi
ở một điều kiện nhất định vẫn thấy nấm. Nếu nước thải chứa hydro cacbon với nồng
độ cao, hay xuất hiện chất hữu cơ lạ, pH thấp, thiếu chất dinh dưỡng thì sẽ kích thích
nấm phát triển. Phần nhiều lồi nấm có khuynh hướng tạo dưới dạng chỉ và ngăn chặn
lại việc tạo bơng và làm bùn khó lắng. Một số loại nước thải công nghiệp tạo nấm
nhưng không phải như Fusarium, là loại nấm tạo bùn có khả năng lắng thuộc dạng
bình thường.
Protozoa chỉ đóng một vai trị đó chính là vai trò gián tiếp trong việc ổn định –
phân hủy chất hữu cơ. Khi nồng độ chất hữu cơ thấp, tạo điều kiện cho động vật
nguyên sinh phát triển và chiếm xu thế chủ đạo trong bùn hoạt tính. Khi nhiều quần
thể vi khuẩn bơi lội tự do sẽ kích thích Ciliates bơi tự do. Khi quần thể vi khuẩn trở
nên nghèo nàn, Ciliates bơi tự do nhường chỗ cho Ciliates tiêm mao phát triển.
Rotier thường ít nhìn thấy trong bùn hoạt tính. Chúng chỉ phát triển theo xu thế
chủ đạo khi các lồi Protozoa khác đã khơng cịn giàu như trước nữa. Chúng có thể ăn
các mẫu bơng bùn có kích thước lớn. Suy ra, lồi Rotiers được coi là loài chỉ thị cho
biết hệ sinh học đã ổn định rồi.
Mỗi loại nước thải sẽ có một đặc thù và thành phần riêng biệt. Do đó, tùy vào

thành phần chất hữu cơ có trong nước thải sẽ quyết định nên vi khuẩn nào sẽ đóng vai
trị chủ đạo trong bùn hoạt tính.

9

download by :


Các vi khuẩn
Pseudomanas
Achrobacter
Baccillus
Cytophaga
Zoogloea
Acinetobacter
Nitrosomonas
Micrococus
Bảng 1.1. Chức năng của vi khuẩn trong bùn hoạt tính
CHƯƠNG 2: CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG VÀ PHÂN LOẠI BÙN HOẠT TÍNH
2.1.

Các yếu tố ảnh hưởng:

Nguồn thức ăn: khi nước thải được đưa vào trong nhà máy xử lý sẽ được cung
cấp cho một lượng thức ăn nhất định và phù hợp cho vi sinh vật cần cho việc tăng
trưởng và sinh sản của chúng. Thực phẩm này đa phần là các chất hữu cơ. Việc trộn
lẫn các hợp chất hữu cơ càng nhiều thì càng dễ dàng hơn trong việc cho các vi sinh vật
có thể hấp thụ. Khi đó, sĩ số và hàng loạt các loại chất hữu cơ trong các nhà máy xử lý
tác động đến việc tăng trưởng của vi sinh vật, tác động đến tổng lượng BOD5 và BOD
hòa tan được cho phép nhà máy vận hành có thể xác định sĩ số và loại thức ăn cho các

vi sinh vật.
Dòng chảy: nước thải chảy đến sẽ được đưa vào nhà máy xử lý ở một tốc độ nhất
định cho phép các vi sinh vật có được một khoảng thời gian đủ để tiêu hóa lượng thức
ăn và lắng xuống một cách thích hợp. Dịng nước vào nếu ở mức cao có thể làm rút
ngắn được thời gian cần thiết cho việc xử lý đầy đủ nguồn nước thải. Dòng nước chảy
nếu vượt mức cho phép (ở mức quá cao) sẽ rửa trôi sạch vi sinh vật ra khỏi nhà máy
thông qua việc lắng.
Nhiệt độ: tất cả các phản ứng sinh học và phản ứng hóa học đều bị liên lụy bởi
nhiệt độ. Ở nhiệt độ thấp (lạnh), tốc độ tăng trưởng của các vi sinh vật chậm và nhanh
hơn nhiều so với việc khi ở nhiệt độ ấm hơn. Đa số, các vi sinh vật tăng trưởng tốt

10

download by :


nhất ở mức nhiệt độ vừa phải là từ khoảng 10 - 25ºC. Nhiệt độ bồn sục khí nên thường
xuyên hay luôn luôn đo và ghi chép lại một cách cẩn thận.
pH: các phản ứng sinh học và hóa học bị liên lụy bởi pH. Môi trường pH ở giữa
mức 6,0 - 9,0 là môi trường lý tưởng cho các vi sinh vật phát triển. pH thấp (axit) hoặc
pH cao (kiềm) sẽ làm ảnh hưởng không tốt (xấu) đến việc tăng trưởng vi sinh vật và sự
sinh tồn của chúng. Các nhà vận hành nên làm một việc đó là đo pH nước và sục khí ở
vùng lưu vực để bảo đảm điều kiện pH phù hợp để đáp ứng được.
Các chất dinh dưỡng: vi sinh vật cần chất dinh dưỡng như nitơ, phốt pho và một
vài loại kim loại cho sự trao đổi chất của chúng. Hầu như nước thải đến và về tới nhà
máy xử lý, đặc biệt là nước thải sinh hoạt, chứa đựng siêu nhiều các chất dinh dưỡng
vi lượng. Tỷ số giữa BOD5 với nitơ (N) và phốt pho (P) nên ít nhất 100: 5: 1. Nước
thải khi được đưa vào trong thì nên được đo để có thể xác định tỷ lệ chất dinh dưỡng.
Độc tố: nước thải trong khoảng thời gian được đưa vào trong nhà máy xử lý có
thể sẽ cịn chứa các vật liệu hay là các hợp chất độc hại đối với các lồi vi sinh vật.

Cịn tùy thuộc vào nồng độ của các chất độc hại, vi sinh vật có thể sẽ bị tiêu diệt hay là
tỷ lệ trao đổi chất của chúng bị ảnh hưởng theo chiều hướng khơng tốt, do đó làm suy
giảm hiệu suất nhà máy.
2.2. Phân loại bùn hoạt tính:
Bùn sinh học được phân chia thành 3 loại, mỗi loại sở hữu đặc tính và màu sắc
khác nhau tùy vào từng loại nước thải:
Bùn hoạt tính hiếu khí:
bắt

Loại bùn này có một màu vàng nâu, bùn lơ lửng dưới dạng hỗn dịch và khi

đầu chìm xuống thì tạo nên những bơng bùn.
Bùn hoạt tính yếm khí
-

Bùn loại này có một màu nâu sẫm hơn và bơng bùn có kích thước có phần

to hơn, tốc độ lắng xuống cũng có phần nhanh hơn so với bùn vi sinh hiếu khí.
Bên trong bơng bùn sinh học yếm khí có chứa đựng các bọt khí (khí Nito – NO 2),
sau
khi lắng khoảng 30 phút thì các bọt khí này sẽ lớn dần lên và làm cho các bông
bùn nổi lên trên bề mặt.
Bùn hoạt tính kỵ khí

11


download by :

-

Bùn hoạt tính kỵ khí có màu đen và trong suốt quá trình phân hủy các chất

thải, loại bùn này sẽ hình thành nên khí đốt metan (CH 4) trong hình thù ngọn lửa
màu xanh vơ cùng đặc trưng khi đốt. Trong bùn hoạt tính kỵ khí cũng được chia
thành
2 loại:
 Bùn kỵ khí lơ lửng (kỵ khí tiếp xúc): nó được tạo thành nhờ có máy khuấy
trộn tạo thành dịng lơ lửng trong bể.
 Bùn hạt (kỵ khí dịng chảy ngược UASB): bơng bùn có kích thước to, lắng
xuống tương đối nhanh, bùn có hình dạng dưới dạng hạt – những hạt này nếu ở
hữu kích thước càng lớn (vượt mức) thì chứng minh một điều rằng là vi sinh vật
phát triển tốt.
CHƯƠNG 3: Q TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH
3.1. Bể bùn hoạt tính (bùn sinh học) trong q trình xử lý nước thải:
Bể bùn hoạt tính là một cơng trình điển hình nhất về làm sạch bằng phương pháp
sinh học. Nó cho phép tự điều chỉnh lượng nước với bất kì nồng độ chất hữu cơ mà
chúng ta muốn – từ nồng độ cao đến nồng độ thấp và ngược lại.
Bắt đầu ở đầu thế kỷ 20 đến nay, q trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính
được phát triển ở các quốc gia đã có khá nhiều sự thay đổi về mặt cơ bản đã và đang
được hoàn chỉnh, phát triển theo hướng về các mặt như: nghiên cứu, thiết kế, cấu tạo
và quản lý.
3.2. Nguyên lý cơng tắc:
Bể bùn hoạt tính là bể bùn có hình dạng hình chữ nhật dài trên bề mặt bằng
phẳng. Nước thải chảy vào bể được hòa lẫn vào nhau và trộn với bùn hoạt tính tuần
hồn. Để cung cấp lượng oxy cho vi sinh vật – bùn hoạt tính và khuấy trộn đều tất cả
hỗn hợp, người ta dùng thiết bị chuyên về mặt khuấy trộn sử dụng bằng phương
pháp dùng khơng khí nén hoặc bằng cơ khí.
Thơng thường, khơng khí nén sẽ được dẫn dắt vào một phía của bể bùn hoạt

tính. Nước chảy vào đầu bể và sẽ đi ra ở phía cuối bể. Bể Aerotank trộn là khi người
ta dẫn nước và phân chia nước dọc đứng theo cạnh dài và dẫn ra theo cạnh đối diện.
Thời gian dòng nước lưu lại trong bể thường thường từ 2 giờ đến 12 giờ .

12


download by :


Hình 3.1. Phương pháp xử lý nước thải bằng bùn vi sinh
Bề mặt bùn sinh học sẽ hấp phụ các chất bẩn ở trong nước thải. Cường độ của cả
quá trình hấp phụ rất mạnh, nhất là ở trong những giây phút đầu sau khi nước thải và
bùn tiếp xúc với nhau. Trong khoảng thời gian đó, nồng độ của nước thải giảm xuống
quá một nửa. Nhờ men Permeaza những chất hữu cơ dưới dạng đã được tan thì sẽ đưa
vào trong tế bào của vi khuẩn. Trong lúc đó, các chất bẩn được phân giải và tái tạo
chất mới của tế bào. Những chất hữu cơ có kích thước phân tử lớn dưới tác dụng của
men ngoại bào sẽ phân chia thành những phân tử bé hơn để xâm chiếm vào tế bào.
Các tính chất sau: trạng thái bùn hoạt tính, thành phần tính chất nước thải, tỷ lệ giữa
nồng độ chất bẩn và nồng độ bùn hoạt tính… sẽ làm ảnh hưởng tới lượng và tỷ lệ giữa
các chất hấp phụ trên bề mặt tế bào và các chất hấp phụ vào bên trong tế bào.
Bùn hoạt tính - các chất lơ lửng khơng có cách nào tan được trong nước cũng
được hấp phụ lên trên bề mặt của tế bào. Một phần những chất này cùng với vi khuẩn
là nguồn thức ăn cho Protozoa, giun bọ. Dưới ảnh hưởng của tác dụng bởi men vi
khuẩn biến chuyển một phần khác chịu thành chất tan và được vi khuẩn đồng hóa.
Trong thành phần của bùn hoạt tính bao giờ cũng cịn sót lại một lượng nhất định chất
lơ lửng chưa kịp chuyển hóa và phân giải vì q trình khống hóa các chất lơ lửng
diễn ra với tốc chậm hơn so với các chất tan.
Sau khi thoát khỏi bùn hoạt tính, hỗn hợp nước và bùn qua bể lắng 2. Ở đó, bùn
sinh học đơng tụ lại và lắng xuống. Nước trong và sạch, chứa cực kỳ ít chất hữu cơ, sau

khi được khử trùng sẽ đổ ra nguồn nước sông hồ. Bùn sinh học lắng xuống đa
13

download by :


phần sẽ được tuần hoàn trở lại bể bùn sinh học, cịn một phần gọi là bùn hoạt tính dư
được tiếp tục đưa đi xử lý.
Phải cho bùn hoạt tính tuần hồn trở về vì phải giữ nồng độ bùn trong bể bùn
hoạt tính ở mức ổn định, chỉ xả lượng bùn dư – tương đương với lượng tăng sinh
khối khơng cần thiết cho q trình mà thơi.

Hình 3.2. Q trình chuyển hóa chất bẩn của bùn vi sinh
Bùn hoạt tính lắng xuống ở bể lắng 2 cịn chứa khá nhiều chất chưa được chuyển
hóa. Trước khi tuần hồn trở về bể, bùn hoạt tính sẽ được người ta cho tái sinh.

Tái sinh bùn hoạt tính bao gồm làm thống và sục khí vào bùn mà khơng cho
thêm bất kì chất bẩn vào nữa. Khi đó, các chất hữu cơ đã hấp phụ và hấp phụ chưa kịp
chuyển hóa trước đây thì sẽ bị oxy hóa. Khi nước thải chứa các chất chậm trong q
trình oxy hóa, nghĩa là có chứa các chất bền vững thì cần thực hiện ngay việc tái sinh
và khi đó sẽ tiết kiệm được nhiều dung tích chung của bể hoạt tính, tránh được hiện
tượng yếm khí trong bể. Hay ngay cả khi nước thải chứa các chất dễ bị oxy hóa nên
người ta cũng thực hiện tái sinh. Ở bể tái sinh, nồng độ bùn rất cao, tới 4 – 8 g/l gấp 3
– 4 lần nồng độ bùn hoạt tính ở bể hoạt tính (1,5 – 2,5 – 3 g/l).
Người ta có thể làm sạch nước thải với 2 mức độ: hoàn toàn hoặc khơng hồn tồn.
Trong bể diễn ra cả hai q trình hấp phụ và oxy hóa là làm sạch hồn tồn. Cịn xử lý
khơng hồn tồn là nước thải sau khi ra khỏi bể lắng 2 sẽ có nồng độ BOD toàn phần rất
thấp (< 15 – 25 mg/l). Nếu vượt q giới hạn đó thì chỉ diễn ra một giai đoạn hấp phụ
thơi . Kiểu bể bùn hoạt tính, chế độ cơng nghệ, thành phần hóa học của nước
14

download by :


thải… đều sẽ ảnh hưởng tới sự hình thành bùn hoạt tính và các quần thể vi sinh vật
hiện có trong bể.
3.3. Các dạng ứng dụng quá trình bùn hoạt tính:
3.3.1. Bùn hoạt tính – cịn gọi bằng Aerotank:
Q trình sinh học xảy ra qua 3 giai đoạn sau:
-

Giai đoạn 1: bùn hoạt tính sẽ được hình thành và phát triển. Cơ chất và chất

dinh dưỡng trong lúc này đang rất phong phú nhưng sinh khối bùn cịn khá ít.
Theo thời gian, q trình thích nghi của vi sinh vật sẽ tang lên, chúng sinh trưởng
rất mạnh theo cấp số nhân, sinh khối bùn tăng mạnh. Vì vậy, lượng oxy được tiêu
thụ trong cuối giai đoạn này tăng dần và rất cao. Tốc độ tiêu thụ oxy vào cuối
giai đoạn này nhiều khi gấp 3 lần ở giai đoạn 2. Tốc độ phân hủy chất bẩn hữu cơ
cũng tăng dần lên.
-

Giai đoạn 2: vi sinh vật phát triển ổn định ở giai đoạn này hoạt lực enzyme

đạt tối đa và kéo dài trong thời gian tới. Tốc độ phân hủy chất hữu cơ cũng đạt
tối đa, phân hủy nhiều chất hữu cơ nhất. trong một thời gian dài tốc độ tiêu thụ
oxy gần như không thay đổi.
-

Giai đoạn 3: tốc độ tiêu thụ oxy có chiều hướng giảm dần nhưng sau đó sẽ tăng

lên. Tốc độ phân hủy các chất hữu cơ cũng giảm dần và q trình Nitrat hóa ammoniac
xảy ra. Sau cùng, nhu cầu tiêu thụ oxy lại giảm và kết thúc quá trình làm việc của
Aerotank .
Hệ thống của bể bùn hoạt tính gồm các loại sau
đây: Bể bùn hoạt tính truyền thống,
Bể bùn hoạt tính tiếp xúc - ổn định,
Bể bùn hoạt tính thơng khí kép dài,

Bể bùn hoạt tính thơng khí cao có khuấy đảo hồn
chỉnh, Bể bùn hoạt tính chọn lọc.
3.3.2. Bể bùn hoạt tính tiếp xúc - ổn định:
Hệ thống này phân chia bể phản ứng thành 2 vùng là:
Vùng tiếp xúc là nơi diễn ra q trình chuyển hóa các vật chất hữu cơ
trong nước thải đầu vào. Trong vùng này, thời gian tiếp xúc từ 20 – 60
phút sẽ phụ thuộc lưu lượng dòng vào. Dòng bùn tái sinh thường sẽ
15

download by :


chiếm 25 – 75% dòng nước thải đầu vào để xử lý. Và thể tích của vùng ổn
định đã chiếm từ 50 – 60% tổng thể tích với thời gian lưu nước thường từ
0,5 giờ – 2 giờ, trong khi thể tích vùng tiếp xúc là 30 – 35% của tổng thể
tích chung, với thời gian lưu nước là 4 giờ – 6 giờ tùy thuộc vào dòng
chảy bùn hoạt tính tuần hồn. Hiệu quả xử lý của cả hệ thống này thường
đạt 85 – 95% khả năng loại bỏ BOD 5 và các chất rắn lơ lửng khỏi nước
thải xử lý.
Vùng ổn định là nơi tuần hoàn bùn hoạt tính từ thiết bị lọc được sục khí
để ổn định những vật chất hữu cơ. Do nồng độ chất rắn lơ lửng trong nước
khá cao so với trong bể ổn định dẫn đến tổng thể tích bể phản ứng sinh

hóa (vùng tiếp xúc và ổn định) có thể chênh lệch nhỏ hơn .Cũng giống
như ở lại bể bùn kiểu truyền thống. Trong khi vẫn duy trì thời gian lưu
bùn như cũ và được sử dụng để có thể vừa làm giảm thể tích bể phản ứng
có thể làm gia tăng khả năng lưu trữ của bể bùn truyền thống.
Bể bùn tiếp xúc - ổn định thường dùng trong xử lý nước thải sinh hoạt chứa nhiều
hợp chất hữu cơ dưới dạng các phân tử chất rắn.
3.3.3. Bể UNITANK:
Cấu tạo đơn giản nhất của hệ thống Unitank là một khối bể hình chữ nhật được
chia thành 3 ngăn và 3 ngăn này thông thủy nhau bằng cửa mở ở phần tường chung.
Kích thước mỗi ngăn là 20,5m x 20,5m x 5m, mực nước được giữ ở mức 4,5m. Có
một máy sục khí bề mặt cơng suất 75kW và cách khuấy trong mỗi ngăn và hai ngăn
ngồi có thêm hệ thống máng chảy tràn nhằm thực hiện cả hai chức năng: vừa là bể
Aerotank (sục khí) và là bể lắng. Nước thải được đưa vào từng ngăn xử lý theo máng
tràn ra ngoài cùng bùn sinh học dư. Hoạt động của bể gồm hai pha : pha chính và hai
pha trung gian.
Pha chính thứ nhất:
-

Nước thải được nạp vào ngăn A. Lúc này ngăn A đang sục khí. Nước thải

vào sẽ được hịa trộn cùng với bùn hoạt tính.

16

download by :


Sự tích lũy là các hợp chất hữu cơ được hấp thụ và phân hủy một phần
quá trình này. Hỗn hợp bùn lỏng (nước + bùn) từ ngăn A sẽ chảy qua
ngăn B để tiếp tục được sục khí.

Sự tái sinh là bùn sẽ phân hủy nốt các chất hữu cơ đã được hấp thụ ở
ngăn A, quá trình này.
Cuối cùng, hỗn hợp bùn lỏng tới ngăn C, ở đây khơng sục khí và khơng
khuấy trộn mà trong điều kiện tĩnh lặng, các hạt bùn từ từ lắng xuống do
trọng lực, còn nước trong sẽ được thu ra từ máng tràn. Bùn sinh học còn
dư được loại bỏ tại ngăn C. Để tránh cho sự việc lôi cuốn bùn từ ngăn A,
B và tích lũy ở ngăn C, chiều hướng dòng chảy sẽ được thay đổi sau 120
phút – 180 phút (sự chuyển pha).
Pha trung gian thứ nhất:
-

Mỗi pha chính được tiếp nối nhau bằng một pha trung gian. Pha này có

chức năng là chuyển đổi ngăn sục khí thành ngăn lắng. Nước thải được đưa (nạp)
vào ngăn B và cả hai ngăn A, C đều đang trong quá trình lắng. Trong thời gian
này, pha chính tiếp theo (với hướng dòng chảy ngược lại) được chuẩn bị, đảm
bảo cho sự phân tách tốt và đảm bảo dịng ra sạch.
Pha chính thứ hai:
-

Pha này tương tự như pha chính thứ nhất nhưng là với dòng chảy ngược lại.

Nước thải được nạp vào ngăn C, chảy qua B và sẽ tới A. Ngăn A bây giờ sẽ đóng
vai trị là ngăn lắng khơng sục khí, khơng khuấy trộn.
Pha trung gian thứ hai:
-

Pha này đối nghịch đối với pha trung gian thứ nhất. Ngăn sục khí C bây giờ

sẽ chuyển thành ngăn lắng khác với pha trên trong khi ngăn A đang ở phần cuối

của q trình lắng và ngăn B sục khí. Pha này chuẩn bị cho hệ thống bước vào
pha chính thứ nhất và bắt đầu một chu trình mới.

17

download by :


Hình 3.3. Cơng nghệ UNITANK
3.3.4. Bể phản ứng dạng mẻ SBR:
Bể phản ứng dạng mẻ SBR (SBR là từ viết tắt của cụm từ Sequencing batch
reactor) là hệ thống xử lý nước thải theo kiểu làm đầy và xả cạn với bùn hoạt tính.
Q trình xảy ra trong bể SBR tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động
liên tục và tất cả xảy ra trong cùng một bể.
Bể SBR sẽ được đi vào hoạt động theo một chu kỳ bao gồm 5 pha:
Pha làm đầy:
-

Nước thải sẽ được bơm trong khoảng từ 1 giờ - 3 giờ vào bể SBR, bể sẽ

hoạt động phản ứng theo quy trình phản ứng bằng mẻ nối tiếp nhau. Tùy theo
mục tiêu xử lý và hàm lượng BOD đầu vào mà thay đổi linh hoạt quá trình làm
đầy như: làm đầy – tĩnh, làm đầy – hòa trộn, làm đầy – sục khí.
Pha sục khí:
-

Q trình sục khí này sẽ giúp cung cấp oxy cho nước và khuấy trộn đều

hỗn hợp chất có bên trong bể. Tạo một điều kiện vơ cùng thuận lợi cho tồn bộ
q trình phản ứng sinh hóa giữa nguồn nước thải với bùn hoạt tính.

18

download by :


-

Trong q trình sục khí, q trình Nitrat hóa có thể được thực hiện, sẽ

chuyển Nitơ từ dạng N-NH3 sang dạng N – NO2 và chúng sẽ nhanh chóng được
chuyển sang dạng N – NO3.
Pha lắng:
-

Trong pha này sẽ ngăn không cho nước thải chảy vào bể SBR, không thực

hiện thổi khí, khơng khuấy trộn hỗn hợp nhằm mục đích lắng trong nước, q
trình này sẽ diễn ra trong mơi trường tĩnh (khơng có tí ảnh hưởng nào từ bên
ngồi) hồn tồn. Song đó, cũng là khoảng thời gian diễn ra của quá trình khử
Nitơ trong bể với thời gian diễn ra là khoảng 2 giờ. Kết quả của quá trình này là
sẽ tạo ra được 2 lớp nước tách ở phía trên và lớp phần cặn lắng chính (phần lớp
bùn ở dưới).
Pha xả cạn:
-

Lượng nước nổi, lươngj nước lớp trên sẽ được thoát ra khỏi bể SBR và

lượng nước này sẽ khơng chứa bất cứ lượng bùn hoạt tính nào vì bùn đã lắng hết.
Pha chờ:

-

Chờ đợi để nạp mẻ mới, thời gian chờ đợi sẽ phụ thuộc vào thời gian vận

hành 4 pha trên và dựa vào số lượng bể, thứ tự nạp nước vào nguồn bể.
Bằng cách tính tốn làm bể SBR một cách khoa học thì đây sẽ là một loại bể
mang lại hiệu quả cao nhất. Nước thải sau khi được xử lý sẽ trở nên an toàn về vệ sinh,
bảo đảm về chất lượng và sạch sẽ hơn.
Tóm tắt: Bể SBR sẽ được hoạt động theo một chu kỳ tuần hoàn gồm 5 pha: Làm
đầy, sục khí, lắng, xả cạn và nghỉ.

19

download by :


Hình 3.4. Bể SBR hoạt động với chu kỳ 5 pha

Hình 3.5. Nguyên lý hoạt động bể SBR
`3.3.5. Mương oxy hóa:
Mương oxy hóa là dạng bể Aerotank cải tiến, khuấy trộn hồn chỉnh hơn. Xáo
trộn đều đều bùn hoạt tính. Vận tốc trong mương: lớn hơn 3 m/s, tránh cặn lắng. Hình
dạng: elip, trịn, lục giác… Sâu từ 0,7 – 1m. Đáy và bờ làm từ bê tông cốt thép hoặc
đất gia cố.

20

download by :

Mương oxy hóa có thể kết hợp với q trình xử lý nito làm thống bằng sục khí
hay thiết bị cơ học.
Phương pháp sử dụng mương oxy hóa cũng na ná (tương tự) như phương pháp xử
lý của bể Aerotank nên là khi bùn hoạt tính phát triển, vi sinh vật hiếu khí sẽ sử dụng
oxy nhằm bẻ đứt gãy các liên kết của các chất hữu cơ gây ô nhiễm, phát triển sinh khối
và hạ thấp nồng độ các chất gây ô nhiễm.
Nhằm hiệu quả đạt được đúng như dự định (tăng hiệu quả) của q trình oxy hóa
dọc mương oxy hóa thì trong suốt q trình chuyển động của nước thải cần phải khuấy
trộn thật đều để cung cấp đủ nguồn oxy.
Nguyên lý vận hành của mương oxy hóa:
-

Tại khu vực đầu máy thổi khí: với mật độ oxy khá lớn, có sự tiếp xúc tốt

giữa bùn và các vi sinh vật hiếu khí sẽ trực tiếp phân hủy các chất hữu cơ; giảm
COD, BOD5, quá trình Nitrat hóa gốc NH4+ thành gốc NO3-.
-

Tại khu vực khuấy trộn: với hoạt động khuấy đảo xuyên suốt của máy

khuấy thì hỗn hợp bùn và nước thải có sự tiếp xúc tốt nhất nên quá trình phản
ứng diễn ra dữ dội, mãnh liệt.
Sau khi nước thải chảy ra khỏi mương oxy hóa, đưa đi khỏi bể chứa nước và bùn
thải, được chuyển sang bước cuối cùng, nước sạch được tách ra khỏi, sau đó một
lượng bùn nhất định được đưa lên đầu mương oxy hóa để nhằm tăng khối lượng bùn
trong nước thải khi đưa vào mương. Đối với một số loại nước thải, hạn chế như nước
thải cao su, thủy sản ô nhiễm chất hữu cơ cao (COD, BOD hoặc TOC) và chất dinh
dưỡng (TN hoặc TP), mương oxy hóa được lựa chọn như một đơn giản quy trình có
thể xử lý cả chất hữu cơ và chất dinh dưỡng.

Hình 3.6. Mương oxy hóa
21

download by :


3.4. Các quá trình khử nitrat, khử ntio:
3.4.1. Quá trình Ludzack – Ettinger:
Khái niệm đầu tiên về quá trình khử nitơ thiếu khí sinh học (BNR) là chu trình
khí-hiếu khí (Ludzack-Ettinger, 1962). Có 2 q trình là q trình nitrat hóa và khử
nitrat diễn ra trong cùng một lỗ hổng. Q trình nitrat hóa thành vùng hiếu khí và
nitrat hình thành trong vùng hiếu khí được tái chế thành vùng thiếu khí thơng qua một
tuyến bùn hồn thành (RAS). Q trình khử nitơ xuất hiện trong vùng thiếu khí trước
đó. Sở hữu nguồn cần thiết cho quá trình khử nitơ đến từ đầu dòng nước. Hiệu quả
khử nitơ tổng thể q trình là một hàm của dịng bùn tuần hồn. Tuy nhiên, quy trình
được áp dụng với tuần hồn tốc độ, hoạt động tăng cường lên để ngăn từ quá trình khử
nitơ nổi trong thứ hai.
Đầu vào

Đầu vào
Thiếu khí

Bùn tuần hồn
Bùn thải
Hình 3.7. Q trình Ludzack - Ettinger
3.4.2. Q trình Ludzack – Ettinger cải tiến (MLE):

Barnard (1973) đã sửa chữa và cải tiến quá trình của Ludzack – Ettinger bằng
một cách đó là cung cấp đường tuần hồn nội bộ (IR), để nitrat hóa được dẫn trực tiếp
đến khu vực vùng thiếu khí từ khu vực vùng hiếu khí. Tốc độ nitrat và hiệu quả khử

nito đều tăng.
Tỉ số lưu lượng tuần hoàn nội bộ khoảng từ 2 đến 4.
Với BOD vào và thời gian tiếp xúc đủ, nồng độ NO3-N đầu ra trung bình khoảng
từ 4 đến 7 mg/L khi xử lý nước thải sinh hoạt, TN<10 mg/L.
Tỉ số BOD/TKN 4:1 trong nước thải đầu vào thường đủ để làm giảm nitrat bởi
quá trình tiền anoxic. Thời gian lưu nước của bể thiếu khí cho q trình MLE khoảng
từ 2 đến 4 giờ.

22

download by :