ỨNG DỤNG CNSH TRONG XỬ LÍ MÔI TRƯỜNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP. HCM
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC & KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
BỘ MÔN NHẬP MƠN CNSH

......

......

BÀI TIỂU LUẬN
ĐỀ TÀI:

ỨNG DỤNG CNSH
TRONG XỬ LÍ MƠI TRƯỜNG
GVHD: PHẠM

MINH TUẤN

NHĨM: 1

Sinh viên thực hiện:

MSSV:

LỚP:

1.

Nguyễn Trung Tín

2008100233

01DHSH2

2.

Nguyễn Băng Đình

2008100289

01DHSH2

3.

Từ Quang Vinh

2008100302

01DHSH2

4.

Lưu Minh Trí

2008100008

01DHSH2

5.

Phạm Thị Hạnh

2008100299

01DHSH2

Tp.Hồ Chí Minh ngày 25 tháng 11 năm 2012


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU.....................................................................................................4
Phần 1: Hiện trạng ô nhiễm.............................................................................. 5
1.
2.

Hiện trạng trên thế giới ..........................................................................5
Hiện trạng ở Việt Nam ............................................................................6
2.1.Sản xuất nông nghiệp........................................................................ 6
2.2.Chăn nuôi ...........................................................................................7
2.3.Nước thải làng nghề ..........................................................................7

Phần 2: Các phương pháp xử lí nước thải ....................................................10
1. Phương pháp xử lí lý học .......................................................................11
2.
3.

Phương pháp xử lí lí học....................................................................... 13
Phương pháp xử lí sinh học.................................................................. 13
3.1.Xử lí sinh học kỵ khí....................................................................... 14
3.1.1.
3.1.2.
3.1.3.

Q trình tiếp xúc kị khí .......................................................15
UASB .......................................................................................16
Lọc kị khí ................................................................................18

3.2.Xử lí sinh học hiếu khí ....................................................................18
3.2.1.Bể bùn hoạt tính với VSV sinh trưởng ..................................19
3.2.2.Bể hoạt động gián đoạn ..........................................................22
3.2.3.Bể bùn hoạt tính với VSV sinh trưởng dính bám ................23
3.2.4.Bể sinh học nhỏ giọt ................................................................23
3.2.5.Đĩa sinh học .............................................................................25
Phần 3: ứng dụng xử lí .........................................................................................26
1.Mơ hình xử lý nước thải trong nhà nhà máy sản xuất đường............ 26
1.1.Tình hình nghiên cứu xử lí ơ nhiễm ở nhà máy đường............... 30
1.1.1.Tình hình trên thế giới............................................................. 30
1.1.2.Tại Việt Nam ............................................................................31


2.Các phương pháp sinh học xử lý ô nhiễm môi trường do ni trồng
thuỷ sản ven biển ..................................................................................................35
2.1.Ơ nhiễm mơi trường do nuôi trồng thủy sản (NTTS) ven biển ..35
2.2 Các phương pháp sinh học trong xử lý ô nhiễm.......................... 36
2.2.1. Phương pháp sử dụng hệ động thực vật để hấp thụ các chất ô
nhiễm......................................................................................................................37
KẾT LUẬN ...........................................................................................................39
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................30


LỜI MỞ ĐẦU
Ơ nhiễm mơi trường đã và đang là một vấn đề quan trọng, hệ quả của một quá

trình phát triển nóng của các nước đang phát triển trong giai đoạn cơng nghiệp hóa và
hiện đại hóa như Việt Nam. Sự phát triển nhanh chóng của các ngành cơng nghiệp và
dịch vụ, q trình đơ thị hố và tập trung dân cư nhanh chóng là những nguyên nhân
gây nên hiện trạng quá tải môi trường ở những thành phố lớn trong đó ơ nhiễm nước là
một trong những vấn đề môi trường bức xúc và đáng quan tâm. Dựa theo nguồn gốc
phát sinh, nước thải được phân loại thành hai nhóm là nước thải sinh hoạt và nước thải
sản xuất. Nước thải sinh hoạt là nước thải ra từ hoạt động sinh hoạt hằng ngày của con
người, từ các hộ gia đình, khách sạn, cơ quan, trường học… thành phần chủ yếu là các
chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học. Nước thải sản xuất là nước thải ra từ hoạt động sản
xuất, từ các khu công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp. giao thông vận tải… thành phần nước
thải loại này phức tạp tùy thuộc vào từng ngành sản xuất. Lượng chất thải lỏng qua, hoặc
không qua xử lí sẽ qua cống, rãnh, đường ống chảy vào các thủy vực tự nhiên như nước
ngầm, sông, hồ và các đại dương. Theo lí thuyết, chất thải sẽ được phân giải khi chúng
chảy vào các thủy vực tự nhiên, nhưng với thời rất dài. Trong khi đó lượng chất thải thải
ra hằng ngày rất nhiều không thể phân giải kịp thời nên dẫn đến tình trạng ơ nhiễm. Hiện
nay có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng trong công nghệ xử lý nước thải
đô thị. Phương pháp ứng dụng công nghệ sinh học đang được sử dụng phổ biến nhất
trong hầu hết các hệ thống xử lý ở các đô thị


5


PHẦN 1: HIỆN TRẠNG Ô NHIỄM
Sau hơn 30 năm kể từ hội nghị đầu tiên về môi trường của thế giới (1972) đến nay
cơng đồng thế giới đã có nhiều nỗ lực để đưa vấn đề môi trường vào các chương trình
nghị sư cấp quốc tế và quốc gia. Tuy vậy, hiện trạng mơi trường tồn cầu cải thiện khơng
đáng kể. Môi trường chưa được lồng ghép với kế hoạch phát triển kinh tế xã hội. Dân số
toàn cầu tăng nhanh, sự nghèo đói, sự khai thác, tiêu thụ quá mức các nguồn tài nguyên
thiên nhiên, sự phát thải quá mức “khí nhà kính”… là những vấn đề có tính bức xúc trên

toàn cầu
1. Hiện trạng trên thế giới
Nhân loại phải đối mặt với những thách thức như: môi trường toàn cầu tiếp tục trở nên
tồi tệ. Suy giảm đa dạng sinh học tiếp diễn, trữ lượng cá thể tiếp tục giảm sút, sa mạc
hóa cướp đi ngày càng nhiều đất đai màu mỡ, tác động tiêu cực của biến đổi khí hậu đã
hiển hiện rõ rang. Thiên tai ngày càng nhiều và ngày càng khốc liệt. Các nước đang phát
triển trở nên dễ bị tổn hại hơn. Ô nhiễm khơng khí, nước, biển tiếp tục lấy đi cuộc sống
thanh bình của hàng triệu người.
Theo thống kê, sức khỏe của hơn một triệu người trên toàn cầu đang bị ảnh hưởng bởi ơ
nhiễm khơng khí, nước và đất. Các nghiên cứu cũng cho thấy khoảng 40% số người tử
vong hàng năm là do ô nhiễm. Tiếp nối loạt báo cáo 10 lĩnh vực nóng hổi nhất về ơ
nhiễm mơi trường 2008, báo cáo năm nay của Viện Blacksmith với tiêu đề World Worst
Polluted Places (Những nơi ô nhiễm nhất thế giới) đã đặt mục tiêu “tạo sự hỗ trợ rộng
rãi trong cộng đồng quốc tế đối với một cam kết tồn cầu nhằm loại trừ các tác động ơ
nhiễm tới sức khỏe ở các nước đang phát triển’’ báo cáo trình bày về các khó khăn, thuận
lợi và các biện pháp xử lý ơ nhiễm.
 Khó khăn và thuận lợi trong cải tạo mơi trường ơ nhiễm

Vấn đề hóc búa nhất trong việc cải tạo môi trường hiện nay là xác định đối tượng phải
chi trả chi phí cải tạo. Các nhà chức trách thường đặt trách nhiệm lên vai chủ sở hữu các
6


cơ sở gây ô nhiễm song đa số các công ty này thường biện hộ rằng họ khơng có trách
nhiệm hoặc khơng có khả năng chi trả. Trong trường hợp khơng xác định được bên gây
ơ nhiễm thì vấn đề còn phức tạp hơn.
Hệ thống Quỹ Superfund của Hoa Kỳ đã đưa ra một phương pháp tiếp cận rất khả thi đối
với vấn đề này. Chính phủ sử dụng Quỹ này để cải thiện các khu vực ô nhiễm nghiêm
trọng, song song với việc điều tra để xác định đối tượng chịu trách nhiệm gây ô nhiễm,
đồng thời sử dụng công cụ pháp lý và sức ép cộng đồng để bắt họ bồi thường.

Việc chính phủ ban hành các luật định chặt chẽ và có những động thái cưỡng chế bên
gây ơ nhiễm phải bồi thường có thể sẽ giúp giải quyết vấn đề này.
Trong thế giới cơng nghiệp hóa ngày nay, các kĩ năng và công nghệ phục vụ cho việc cải
tạo các dạng ô nhiễm đã được phát triển khá hoàn thiện. Quan trọng hơn, hệ thống quản
lý và các chính sách khuyến khích thương mại đều đang tạo điều kiện thuận lợi thúc đẩy
quá trình cải tạo các khu vực ô nhiễm.
Thách thức cơ bản đối với các nước đang phát triển là lựa chọn đúng đắn các bài học
phù hợp và thực tiễn nhất từ các nước đi trước để áp dụng. Tất nhiên, những phương
pháp như vậy không phải lúc nào cũng là giải pháp thiết thực nhưng có thể sẽ rất hiệu
quả trong nhiều trường hợp.
2 Hiện trạng ở Việt Nam
Theo báo cáo môi trường quốc gia năm 2006 ô nhiễm xảy ra chủ yếu hoạt động của các
hoạt động như:
2.1 Sản xuất nông nghiệp
Số dân tham gia hoạt động sản xuất nông nghiệp trong lưu vực sông Nhuệ - Đáy chiếm
khoảng 60-70% dân số tồn lưu vực. Trồng trọt: các sơng trong lưu vực sông Nhuệ Đáy là các hệ thống thủy lợi liên tỉnh, phục vụ nước tưới cho sản xuất nông nghiệp trong
vùng. Chế độ dòng chảy chịu ảnh hưởng rất nhiều bởi hệ thống các cống điều tiết trong
7


lưu vực. Chế độ đóng mở của các cống này tác động rất mạnh đến chất lượng nước trong
lưu vực (đặc biệt là hệ thống thuỷ lợi sơng Nhuệ).Ngồi ra, hoạt động canh tác trên lưu
vực sông Nhuệ - Đáy cịn ảnh hưởng đến mơi trường nước do sử dụng phân bón và
thuốc bảo vệ thực vật khơng đúng quy cách.
2.2 Chăn ni:
Hoạt động chăn ni đang được khuyến khích đầu tư phát triển ở lưu vực sông Nhuệ
-Đáy với số lượng đàn vật nuôi không ngừng tăng theo thời gian. Sự gia tăng đàn gia súc
dẫn đến gia tăng lượng nước thải. Tuy nhiên, hiện nay, ngay cả các trang trại chăn nuôi
với quy mô lớn, việc đầu tư xử lý mơi trường cũng cịn rất hạn chế. Do đó, hầu hết lượng
chất thải này, đặc biệt là nước thải đều được đổ xuống các nguồn nước mặt, gây ô nhiễm

môi trường nghiêm trọng.
1.2.5 Nước thải làng nghề
Theo thống kê của các Sở TN&MT các tỉnh, thành phố trong lưu vực có 458 làng nghề.
Các làng nghề này đã mang lại những giá trị kinh tế đáng kể, tuy nhiên cũng góp phần
làm gia tăng ơ nhiễm mơi trường trong lưu vực.
Hoạt động của các làng nghề làm phát sinh khoảng 45.000- 60.000 m 3 nước thải/ngày
(trong đó lượng thải tại các làng nghề ở Hà Tây chiếm khoảng 40% tổng số). Phần lớn
các cơ sở tiểu thủ công nghiệp tại các làng nghề đều phát triển tự phát theo yêu cầu của
thị trường, thiết bị, công nghệ đơn giản, mặt bằng sản xuất nhỏ, khả năng đầu tư cho các
hệ thống xử lý nước thải rất hạn chế. Nước thải của các làng nghề này thường không qua
xử lý mà thải thẳng ra nguồn tiếp nhận gây ô nhiễm nước mặt nghiêm trọng.
Đã có một số dự án đầu tư xây dựng hệ thống xử lý nước thải tập trung cho làng nghề,
song hiệu quả đạt được không cao. Việc ô nhiễm môi trường nước mặt trong các làng
nghề của lưu vực sông Nhuệ - Đáy đã diễn ra khá trầm trọng, với những đặc trưng khác
nhau cho mỗi loại hình.

8


Trong các làng nghề trong lưu vực, chế biến nông sản thực phẩm là những làng nghề có
nguồn nước thải lớn nhất, gây ảnh hưởng lớn đến môi trường nước mặt trong lưu vực,
điển hình như:
•

Làng nghề Cát Quế, Hồi Đức (sản xuất mạch nha, miến, đường, bánh đa): 3.500

•
•

m3/ngày.

Làng nghề Dương Liễu, Hoài Đức (sản xuất miến dong, tinh bột): 6.800 m3/ngày.
Làng nghề Minh Khai, Hoài Đức (sản xuất miến dong, tinh bột): 5.500 m3/ngày.

(Nguồn: Sở TN&MT Hà Tây, 12/2005)
Ở hầu hết các làng nghề trong lưu vực, chất lượng nước mặt đều vượt quá nhiều lần tiêu
chuẩn cho phép. Tuy nhiên, ô nhiễm do nước thải từ các làng nghề thường chỉ gây ơ
nhiễm cục bộ tại chính làng nghề đó. Tải lượng nước thải làng nghề đóng góp vào lượng
nước thải chung trong tồn lưu vực chỉ chiếm khoảng 4%.

9


10


PHẦN 2: CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÍ Ơ NHIỄM NƯỚC THẢI
Nước thải nói chung có nhiều chất ơ nhiễm khác nhau, địi hỏi phải xử lý bằng những
phương pháp thích hợp khác nhau. Một cách tổng quát, các phương pháp xử lý nước thải
được chia thành các loại sau:
•
•
•

Phương pháp xử lý lý học
Phương pháp xử lý hóa học và hóa lý
Phương pháp xử lý sinh học

Độ nhiễm bẩn của nước thải được đánh giá thông qua một số chỉ tiêu cơ bản như nhu cầu
oxi hóa BOD, nhu cầu oxi hóa học COD chất rắn tổng số, chất rắn huyền phù…
Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD Biochemical Oxygen Demand) là một chỉ tiêu được

sử dụng rộng rãi nhằm đo chất lượng nước. BOD là lượng oxy hòa tan mà vi sinh vật địi
hỏi trong q trình phân giải hiếu khí các chất hữu cơ có mặt trong nước thải. mức độ ô
nhiễm nguồn nước được phản ánh qua chỉ số BOD. Nước càng nhiều chất hữu cơ dễ bị
oxy hóa tức càng ơ nhiễm thì BOD càng cao. Vì thế, phương pháp BOD được sử dụng
rộng rãi để theo dõi chất lượng nước và quá trình phân hủy sinh học chất thải. Đơn vị tính
BOD thường dược sử dụng là mgO2/ lít.
Nhu cầu oxy hóa học (COD) là lượng oxy cần để oxy hóa bằng con đường hóa học
các chất hữu cơ và vơ cơ có măt trong nước. Để xác định chỉ tiêu này người ta thường sử
dụng tác nhân oxy hóa mạnh là K 2Cr2O7 hoặc KMnO4. COD càng lớn thì mức độ ơ nhiễm
hữu cơ của nước thải càng cao.
Chất rắn tổng số (TS-Total solid) là tồn bộ lượng chất rắn ở dạng hịa tan và lơ
lửng ở trong nước thải. TS được tính bằng khối lượng chất khơ cịn lại khi bốc hơi hết
nước trong nước thải.
Chất rắn huyền phù (SS) là lượng vật chất có kích thước nhỏ lơ lửng trong nước
được xác định bằng cách lọc qua giấy lọc tiêu chuẩn, sấy ở 103-105 0C đến khối lượng
không đổi rồi đem cân
1.

Phương pháp xử lý lý học:
11


Trong phương pháp này, các lực vật lý, như trọng trường, ly tâm, được áp dụng để
tách các chất không hòa tan ra khỏi nước thải. Phương pháp xử lý lý học thường đơn
giản, rẻ tiền có hiệu quả xử lý chất lơ lửng cao. Các cơng trình xử lý cơ học được áp
dụng rộng rãi trong xử lý nước thải là (1) song/lưới chắn rác, (2) thiết bị nghiền rác, (3)
bể điều hòa, (4) khuấy trộn, (5) lắng, (6) lắng cao tốc, (7) tuyển nổi, (8) lọc, (9) hòa tan
khí, (10) bay hơi và tách khí. Việc ứng dụng các cơng trình xử lý lý học được tóm tắt
trong bảng sau:
Cơng trình

Lưới chắn rác
Nghiền rác
Bể điều hịa
Khuấy trộn
Tạo bơng
Lắng
Tuyển nổi
Lọc
Màng lọc
Vận chuyển
khí
Bay hơi và
bay khí

Áp dụng
Tách các chất rắn thơ và có thể lắng
Nghiền các chất rắn thơ đến kích thước nhỏ hơn đồng nhất
Điều hịa lưu lượng và tải trọng BOD và SS
Khuấy trộn hóa chất và chất khí với nước thải, và giữ cặn ở trạng thái
lơ lửng
Giúp cho việc tập hợp của các hạt cặn nhỏ thành các hạt cặn lớn hơn
để có thể tách ra bằng lắng trọng lực
Tách các cặn lắng và nén bùn
Tách các hạt cặn lơ lửng nhỏ và các hạt cặn có tỷ trọng xấp xỉ tỷ trọng
của nước, hoặc sử dụng để nén bùn sinh học
Tách các hạt cặn lơ lửng cịn lại sau xử lý sinh học hoặc hóa học
Tương tự như quá trình lọc. Tách tảo từ nước thải sau hồ ổn định
Bổ sung và tách khí
Bay hơi các hợp chất hữu cơ bay hơi từ nước thải

Hình ảnh một số thiết bị xử lí nước thải bằng
biện pháp lí học:

2.

Phương pháp xử lí hóa học:

12


Phương pháp hóa học sử dụng các phản ứng hóa học để xử lý nước thải. Các
cơng trình xử lý hóa học thường kết hợp với các cơng trình xử lý lý học. Mặc dù có
hiệu quả cao, nhưng phương pháp xử lý hóa học thường đắt tiền và đặc biệt thường
tạo thành các sản phẩm phụ độc hại. Việc ứng dụng các q trình xử lý hóa học được
tóm tắt trong bảng sau:

Quá trình
Kết tủa
Hấp phụ
Khử trùng
Khử trùng bằng
chlorine
Khử chlorine
Khử trùng bằng ClO2
Khử trùng bằng BrCl2
Khử trùng ozone
Khử trùng bằng tia
UV

3.

Áp dụng
Tách phospho và nâng cao hiệu quả của việc tách cặn lơ lửng
ở bể lắng bậc 1
Tách các chất hữu cơ không được xử lý bằng phương pháp hóa
học thơng thường hoặc bằng phương pháp sinh học. Nó cũng
được sử dụng để tách kim loại nặng, khử chlorine của nước thải
trước khi xả vào nguồn
Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh
Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh. Chlorine là loại
hóa chất được sử dụng rộng rãi nhất
Tách lượng clo dư còn lại sau q trình clo hóa
Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh
Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh
Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh
Phá hủy chọn lọc các vi sinh vật gây bệnh

Phương pháp xử lý sinh học
Khi công nghiệp phát triển mạnh , vấn đề lớn đặt ra là vấn đề nước thải công

nghiệp chứa nhiều chất độc gây ô nhiễm môi trường. Các nước công nghiệp phát triển
phải xử lý nước thải. Các biện pháp vật lý và hóa học để xử lý nước thải rất tốn kém, ít
hiệu quả. Biện pháp sinh học sử dụng các vi sinh vật, các lồi vi tảo,.. có hiệu quả hơn và
ít tốn kém đồng thời có thể tận dụng được các kim loại đó. Hiện nay nhiều nước sử dụng
phương pháp này rộng rãi để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải cũng như
một số chất vơ cơ như H2S, sunfit, ammonia, nitơ,… dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh
vật để phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số
13

khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển. Phương pháp xử lý sinh học có
thể phân chia thành 2 loại:
Phương pháp kỵ khí: sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện
khơng có oxy
Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều
kiện cung cấp oxy liên tục.

3.1 Phương pháp kỵ khí.
Q trình phân hủy kỵ khí các chất hữu cơ là q trình sinh hóa phức tạp tạo ra
hàng trăm sản phẩm trung gian và phản ứng trung gian. Một cách tổng quát, quá trình
phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn:
•
•
•
•

Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử;
Giai đoạn 2: Acid hóa;
Giai đoạn 3: Acetate hóa;
Giai đoạn 4: Methane hóa.

Tùy theo trạng thái của bùn, có thể chia q trình xử lý kỵ khí thành:
- Q trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng như q trình tiếp xúc
kỵ khí (Anaerobic Contact Process), q trình xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước
đi từ dưới lên (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - UASB);

14


- Q trình xử lý kỵ khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như q trình lọc kỵ

khí (Anaerobic Filter Process).

3.1.1 Q Trình Tiếp Xúc Kỵ Khí (Anaerobic Contact Process).
Một số loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao có thể xử lý rất hiệu quả bằng q
trình tiếp xúc kỵ khí. Q trình phân hủy xảy ra trong bể kín với bùn tuần hồn.Hỗn hợp
bùn và nước thải trong bể được khuấy trộn hoàn toàn. Sau khi phân hủy, hỗn hợp được
đưa sang bểlắng hoặc bể tuyển nổi đểtách riêng bùn và nước. Bùn được tuần hồn trở lại
bể kỵ khí.Lượng bùn dư thải bỏ thường rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá
chậm.

15


3.1.2 UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
Đây là một trong những q trình kỵ khí được ứng dụng rộng rãi nhất trên thế giới do
hai đặc điểm chính sau:
•

Cả ba q trình, phân hủy - lắng bùn - tách khí, được lấp đặt trong cùng một cơng

trình
• Tạo thành các loại bùn hạt có mật độ vi sinhvật rất cao và tốc độ lắng vượt xa so
với bùn hoạt tính hiếu khí dạng lơ lửng.
Bên cạnh đó, q trình xử lý sinh học kỵ khí sử dụng UASB cịn có những ưu điểm so
với q trình bùn hoạt tính hiếu khí như:
Ít tiêu tốn năng lượng vận hành
Ít bùn dư, nên giảm chi phí xử lý bùn
Bùn sinh ra dễ tách nước
Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm được chi phí bổ sing dinh dưỡng
Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí methane

• Có khả năng hoạt động theo mùa vì bùn kỵ khí có thể hồi phục và hoạt động được sau
•
•
•
•
•

một thời gian ngưng khơng nạp liệu.
Sơ đồ bể UASB được trình bày trong Hình 1.10. Nước thải được nạp liệu từ phía đáy
bể, đi qua lớp bùn hạt, quá trình xử lý xảy ra khi các chất hữu cơ trong nước thải tiếp
16


xúc với bùn hạt. Khí sinh ra trong điều kiện kỵ khí (chủ yếu là methane và CO2) sẽ tạo
nên dịng tuần hồn cục bộ giúp cho q trình hình thành và duy trì bùn sinh học
dạng hạt. Khí sinh ra từ lớp bùn sẽ dính bám vào các hạt bùn và cùng với khí tự do nổi
lên phía mặt bể. Tại đây, q trình tách pha khí- lỏng-rắn xảy ra nhờ bộ phận tách pha.
Khí theo ống dẫn qua bồn hấp thu chứa dung dịch NaOH 5-10%. Bùn sau khi tách khỏi
bọt khí lại lắng xuống. Nước thải theo màng tràn răng cưa dẫn đến cơng trình xử lý tiếp
theo.
Vận tốc nước thải đưa vào bể UASB được duy trì trong khoảng 0,6-0,9 m/h. pH thích
hợp cho q trình phân hủy kỵ khí dao động trong khoảng 6,6-7,6. Do đó cần cung cấp
đủ độ kiềm (1000 – 5000 mg/L) để bảo đảm pH của nước thải luôn luôn > 6,2 vì ở pH <
6,2, vi sinh vật chuyển hóa methane không hoạt động được. Cần lưu ý rằng chu trình
sinh trưởng của vi sinh vật acid hóa ngắn hơn rất nhiều so với vi sinh vật acetate hóa (23 giờ ở 350C so với 2-3 ngày, ở điều kiện tối ưu). Do đó, trong q trình vận hành
ban đầu, tải trọng chất hữu cơ khơng được q cao vì vi sinh vật acid hóa sẽ tạo ra acid
béo dễ bay hơi với tốc độ nhanh hơn rất nhiều lần so với tốc độ chuyển hóa các
acid này thành acetate dưới tác dụng của vi sinh vật acetate hóa.
Do tại Việt Nam chưa có loại bùn hạt nên q trình vận hành được thực hiện với tải
trọng ban đầu khoảng 3 kg COD/m3.ngđ. Mỗi khi đạt đến trạng thái ổn định, tải trọng

này sẽ được tăng lên gấp đôi cho đến khi đạt tải trọng 15 - 20 kg COD/m3.ngđ. Thời
gian này kéo dài khoảng 3 -4 tháng. Sau đó, bể sẽ hoạt động ổn định và có khả năng
chịu quá tải, cũng như nồng độ chất thải khá cao. Khí mêtan thu được có thể sử dụng
cho việc đun nấu và cung cấp nhiệt. Lượng bùn sinh ra rất nhỏ nên không cần thiết
phải đặt vấn đề xử lý bùn. Quá trình xử lý này chỉ tiêu tốn một lượng nhỏ năng
lượng dùng để bơm nước

17


3.1.3 Q Trình Lọc Kỵ Khí (Anaerobic Filter Process)
Bể lọc kỵ khí là một cột chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ chứa
carbon trong nước thải. Nước thải được dẫn vào cột từ dưới lên, tiếp xúc với lớp vật
liệu trên đó có vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng và phát triển. Vì vi sinh vật được giữ
trên bề mặt vật liệu tiếp xúc và không bị rửa trôi theo nước sau xử lý nên thời gian
lưu của tế bào vi sinh vật (thời gian lưu bùn) rất cao (khoảng 100 ngày

3.2 Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí
18


Q trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn sau:
Các

q

trình xử
sinh

lý

học

bằng phương
pháp

hiếu

khí có thể
xảy

ra

ở

điều kiện tự
nhiên hoặc nhân tạo. Trong các cơng trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều kiện tối ưu
cho quá trình oxy hóa sinh hóa nên q trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất
nhiều. Tùy theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân
tạo có thể chia thành:
•

Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sử dụng
để khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thống, bể phản
ứng hoạt động gián đoạn, q trình lên men phân hủy hiếu khí. Trong số những q

trình này, q trình bùn hoạt tính là q trình phổ biến nhất.
• Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như q trình bùn
hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate hóa
với màng cố định.

3.2.1 Bể Bùn Hoạt Tính Với Vi Sinh Vật Sinh Trưởng Lơ Lửng
Trong bể bùn hoạt tính hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng, quá
trình phân hủy xảy ra khi nước thải tiếp xúc với bùn trong điều kiện sục khí liên tục.
Việc sục khí nhằm đảm bảo các yêu cầu cung cấp đủ lượng oxy một cách liên tục và
duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Nồng độ oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể
lắng đợt 2 không được nhỏ hơn 2 mg/L. Tốc độ sử dụng oxy hịa tan trong bể bùn hoạt
tính phụ thuộc vào:
19


•

Tỷ số giữa lượng thức ăn (chất hữu cơ có trong nước thải) và lượng vi sinh vật:

•
•
•
•
•

tỷ lệ F/M
Nhiệt độ
Tốc độ sinh trưởng và hoạt độ sinh lý của vi sinh vật
Nồng độ sản phẩm độc tích tụ trong quá trình trao đổi chất
Lượng các chất cấu tạo tế bào
Hàm lượng oxy hòa tan

Để thiết kế và vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí một cách hiệu quả cần phải hiểu
rõ vai trò quan trọng của quần thể vi sinh vật. Các vi sinh vat này sẽ phân hủy các chất
hữu cơ có trong nước thải và thu năng lượng để chuyển hóa thành tế bào mới, chỉ một

phần chất hữu cơ bị oxy hóa hồn tồn thành CO2, H2O, NO3-, SO42-,… Một cách
tổng quát, vi sinh vật tồn tại trong hệ thống bùn hoạt tính bao gồm Pseudomonas,
Zoogloea, Achromobacter, Flacobacterium, Nocardia, Bdellovibrio, Mycobacterium, và
hai loại vi khuẩn nitrate hóa Nitrosomonas và Nitrobacter. Thêm vào đó, nhiều loại
vi khuẩn dạng sợi như Sphaerotilus, Beggiatoa, Thiothrix, Lecicothrix, và Geotrichum
cũng tồn tại.
Yêu cầu chung khi vận hành hệ thống bùn hoạt tính hiếu khí là nước thải đưa vào hệ
thống cần có hàm lượng SS khơng vượt q 150 mg/L, hàm lượng sản phẩm dầu mỏ
20


không quá 25 mg/L, pH = 6,5 – 8,5, nhiệt độ 60C < t0C < 370C. Một số sơ đồ hệ thống
bùn hoạt tính sinh trưởng lơ lửng được trình bày trong hình dưới đây

3.2.2 Bể Hoạt Động Gián Đoạn (Sequencing
Batch Reactor – SBR)
Bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý
nước thải với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và
xả cạn. Quá trình xảy ra trong bể SBR tương tự như
trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục chỉ có điều
tất cả xảy ra trong cùng một bể và được thực hiện lần
lượt theo các bước: (1) -Làm đầy; (2)- Phản ứng; (3)Lắng; (4)-Xả cạn; (5)-Ngưng. Sơ đồ hệ thống SBR
được trình bày trong Hình 1.13

21


3.2.3 Bể Bùn Hoạt Tính Với Vi Sinh Vật Sinh Trưởng Dạng Dính Bám
(Attached GrowthActivated Sludge Reactor)
Nguyên lý hoạt động của bể này tương tự như trường hợp vi sinh vật sinh trưởng

dạng lơ lửng, chỉ khác là vi sinh vật phát triển dính bám trên vật liệu tiếp xúc đặt trong
bể. Sơ đồ cấu tạo bể bùn hoạt tính với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám được trình
bày trong Hình 1.14.

.
3.2.4 Bể Lọc Sinh Học
Nhỏ

Giọt

(Trickling

Filter)
Bể lọc sinh học là một thiết
bị phản ứng sinh học trong đó
các vi sinh vật sinh trưởng cố định trên lớp vật liệu lọc. Bể loc hiện đại bao gồm một
lớp vật liệu dễ thấm nước với vi sinh vật dính kết trên đó. Nước thải đi qua lớp vật liệu
này sẽ thấm hoặc nhỏ giọt trên đó. Vật liệu lọc thường là đá dăm hoặc các khối vật
liệu dẻo có hình thù khác nhau. Nếu vật liệu lọc là đá hoặc sỏi thì kích thước hạt dao
động trong khoảng 25-100 mm, chiều sâu lớp vật liệu dao động trong khoảng 0,9- 2,5
m, trung bình là 1,8 m. Bể lọc với vật liệu là đá dăm thường có dạng trịn. Nước thải
được phân phối tên lớp vật liệu lọc nhờ bộ phận phân phối. Bể lọc với vật liệu lọc là
chất dẻo có thể có dạng trịn, vng, hoặc nhiều dạng khác với chiều cao biến đổi từ
4-12 m. Ba loại vật liệu bằng chất dẻo thường dùng là (1) vật liệu với dòng chảy thẳng
đứng, (2) vật liệu với dòng chảy ngang, (3) vật liệu đa dạng.
Chất hữu cơ sẽ bị phân hủy bởi quần thể vi sinh vật dính kết trên lớp vật liệu lọc. Các
chất hữu cơ có trong nước thải sẽ bị hấp phụ vào màng vi sinh vật dày 0,1 – 0,2 mm và
bị phân hủy bởi vi sinh vật hiếu khí. Khi vi sinh vật sinh trưởng và phát triển, bề dày lớp
22

màng tăng lên, do đó, oxy đã bị tiêu thụ trước khi khuếch tán hết chiều dày lớp màng
sinh vật. Như vậy, mơi trường kỵ khí được hình thành ngay sát bề mặt vật liệu lọc.
Khi chiều dày lớp màng tăng lên, q trình đồng hóa chất hữu cơ xảy ra trước khi
chúng tiếp xúc với với vi sinh vật gần bề mặt vật liệu lọc. Kết quả là vi sinh vật
đây

bị

ở

phân

hủy nội bào,
khơng cịn khả
năng đính bám
lên bề mặt vật
liệu lọc, và bị
rửa trôi

3.2.5
sinh

Đĩa
học

(Rotating
Biological
Contactor)

23


Đĩa sinh học gồm hàng loạt đĩa tròn phẳng bằng polystyren hoặc polyvinylclorua
(PVC) lắp trên một trục. Các đĩa được đặt ngập trong nước một phần và quay chậm.
Trong quá trình vận hành, vi sinh vật sinh trưởng, phát triển trên bề mặt đĩa hình thành
một lớp màng mỏng bám trên bề mặt đĩa. Khi đĩa quay, lớp màng sinh học sẽ tiếp xúc
với
chất
hữu cơ
trong
nước
thải và
với khí
quyển
để hấp
thụ
oxy.
Đĩa
quay
sẽ ảnh
hưởng đến sự vận chuyển oxy và đảm bảo cho vi sinh vật tồn tại trong điều kiện hiếu
khí

PHẦN 3: ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ SINH HỌC VÀO XỬ LÍ MƠI
TRƯỜNG

24

Các hoạt động kinh tế, phát triển của xã hội đang là ngun nhân chính gây ra sự biến
đổi mơi trường và khí hậu trên tồn thế giới. Những hoạt động đó, một mặt sẽ làm cải
thiện đời sống của con người, nhưng mặt khác lại làm cạn kiệt, khan hiếm nguồn tài
nguyên thiên nhiên, gây ô nhiễm và suy thối mơi trường trên thế giới
Hệ thống thốt nước hiện tại không đủ năng lực để đáp ứng nhu cầu thốt nước thải và
nước mưa ở các khu đơ thị, trung tâm công nghiệp và các khu vực nông thôn. Các thuỷ
vực ao hồ, sông suối và kênh rạch cũng ngày càng ô nhiễm do nước thải sinh hoạt và
chất thải công nghiệp. Nhiều chất ô nhiễm công nghiệp đã ảnh hưởng nghiêm trọng tới
sức khỏe con người.
Việt Nam có tới 110 khu công nghiệp đang hoạt động, nhưng chỉ gần 1/3 trong số đó có
hệ thống phù hợp để xử lý nước thải và các chất thải độc hại khác. Ngành sản xuất
đường mía cũng nằm trong tình trạng đó, với một lượng lớn nước dùng để sản xuất và vệ
sinh đã thải ra ngồi mơi trường một lượng lớn nước thải, cùng với một lượng lớn khí
thải và chất thải rắn.
Vấn đề nước thải đang trở nên nhức nhối hơn bao giờ hết.Ở nước ta vấn đề bảo vệ mơi
trường là vấn đề chiến lược có tầm quan trọng trong sự nghiệp phát triển kinh tế xã hội.
Trước tình hình đó, lồi người đang tìm mọi giải pháp để bảo vệ môi trường.
Công nghệ xử lý nước thải ngày càng đi sâu vào áp dụng công nghệ sinh học và các biện
pháp sinh học đã chứng minh hiệu quả triệt để, hơn hẳn những biện pháp xử lý hóa lý
khác.
1.

Mơ hình xử lý nước thải trong nhà nhà máy sản xuất đường

Hiện nay nhiều mơ hình xử lý nước thải trong nhà nhà máy sản xuất đường đã được
nghiên cứu và đưa vào ứng dụng ở nhiều nơi trên thế giới cũng như trong nước, cụ thể là
hệ thống xử lý bằng bể bùn hoạt tính; hệ thống xử lý kỵ khí kiểu UASB, kiểu tầng sơi;
các kiểu dạng khác nhau của lọc sinh học kỵ khí và hiếu khí; hệ thống xử lý kết hợp kỵ
khí/hiếu khí; hệ thống kết hợp xử lý bằng bùn hoạt tính với thực vật thuỷ sinh... Tuy
25