Luận văn công nghệ sinh học Nghiên cứu tái sử dụng nước thải chứa chất hữu cơ vào canh tác nông nghiệp

Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
LỜI CẢM ƠN
Bài khóa luận hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân cùng sự giúp đỡ quý
báu tận tình của quý thầy cô, bạn bè và gia đình . Em xin gửi lời cảm ơn chân
thành tới :
Em chân thành cảm ơn thầy Thạc só Lâm Vónh Sơn đã gợi mở , trực tiếp
hướng dẫn đề tài cho em .
Quý thầy cô khoa Môi Trường và Công Nghệ Sinh Học suốt 3 năm qua đã
truyền đạt những kiến thức nền tảng cần thiết , động viên em trong thời gian thực
hiện khóa luận.
Cảm ơn đến các bạn lớp 07CSH, các anh chò khóa trên cùng nhau gắn bó
suốt quãng đời sinh viên động viên giúp đỡ mình trong suốt thời gian thực hiện
khóa luận.
Và cuối cùng xin cảm ơn cha mẹ luôn ủng hộ , động viên con, là chỗ dựa
vững chắc trong suốt bước đưỡng học tập.
Em chân thành cảm ơn.
Sinh viên thực hiện
Đặng Thò Ngọc Mai
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
1
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
MỤC LỤC
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
NHẬN XÉT GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN
LỜI CẢM ƠN
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
DANH MỤC CÁC ĐỒ THỊ
trang
CHƯƠNG I MỞ ĐẦU 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 2
1.2 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 3
1.3 MỤC TIÊU ĐỀ TÀI 4
1.4 NỘI DUNG ĐỀ TÀI 4
1.5 PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN 4
1.6 TÍNH MỚI ĐỀ TÀI 4
1.7 Ý NGHĨA KHOA HỌC 4
1.8 Ý NGHĨA THỰC TIỄN 5
CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP
SINH HỌC 6
2.1 Tổng quan về nước sạch 7
2.1.1 Khái niệm nước sạch 7
2.1.2 Đònh nghóa nước thải 7
2.1.2.1 Nước thải sinh hoạt 8
2.1.2.2 Nước thải công nghiệp 8
2.1.2.3 Nước thải tự nhiên 8
2.1.2.4 Nước thải đô thò 8
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
2
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
2.1.2.5 Mục đích xử lý nước thải 8
2.1.3 Thành phần tính chất nước thải 9
1.1.3.1 Tính chất vật lý 9
1.1.3.2 Tính chất hóa học 9
2.1.4 Các thông số đánh giá ô nhiễm và yêu cầu xử lý 10
2.2 Tổng quan xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 12
2.2.1 Vi sinh vật trong quá trình xử lý 13
2.2.1.1 Khái niệm vi sinh vật và tầm quan trọng của vi sinh vật 13
2.2.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học 14
2.2.3 Nguyên lý chung của quá trình oxy hóa sinh hóa 16

2.2.4 Sự phát triển tế bào và động học của phản ứng lên men 18
2.2.5 Ảnh hưởng các yếu tố lên quá trình oxy hóa sinh hóa 21
2.2.5.1 Ảnh hưởng nhiệt độ 21
2.2.5.2 Ảnh hưởng của kim loại nặng 21
2.2.5.3 Hấp thụ và nhu cầu oxy 21
2.2.5.4 Các yếu tố dinh dưỡng và vi lượng 21
2.2.6 Cấu trúc và các chất ô nhiễm bùn hoạt tính 22
2.2.6.1 Quá trình oxy hóa sinh hóa và cấu trúc 22
2.2.6.2 Các dạng và cấu trúc các VSV tham gia xử lý 22
2.2.7 Các phương pháp yếm khí 23
a. Quá trình xử lý kỵ khí sinh trưởng lơ lửng 24
b. Quá trình xử lý sinh trưởng bám dính 24
2.2.7.1 Bể yếm khí 24
2.2.7.1.1 Nguyên lý chung 24
2.2.7.1.2 Quá trình công nghệ bể yếm khí 26
a. Quá trình công nghệ 26
b. Vi sinh vật tham gia xử lý 27
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
3
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
2.2.7.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu xuất phân hủy tạo khí mêtan
28
a. nh hưởng nhiệt độ 28
b. Liều lượng nạp nhiên liệu 28
c. Các chất dinh dưỡng 29
d. pH và độ kiềm 29
e. Độ mặn 29
2.2.7.2 Hồ yếm khí 30
2.2.8 Các phương pháp hiếu khí 31
2.2.8.1 Xử lý nước thải trong công trình nhân tạo 32

2.2.8.1.1 Xử lý tong các bể Arotenk 32
2.2.8.1.2 Bể Lọc sinh học( Biophin) 36
2.2.8.2 Xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên 35
2.2.8.2.1 Cánh đồng tưới công cộng và bãi lọc 35
2.2.8.2.2 Cánh đồng tưới nông nghiệp 36
2.2.8.2.3 Hồ sinh học 37
a. Hồ hiếu khí 38
b. Hồ hiếu khí tùy nghi 39
c. Hồ kỵ khí 40
2.2.9 Xử lý bùn cặn 41
CHƯƠNG III TỔNG QUAN XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG BÃI LỌC TRỒNG
CÂY VÀ ỨNG DỤNG TRONG SẢN XUẤT NÔNG NGHIỆP 44
3.1Tổng quan về bãi lọc trồng cây (Constructed Wetland) 46
3.1.1 Khái niệm 46
3.1.2 Các nguyên lý cơ bản trong bãi lọc 46
3.1.3 Các dạng Bãi lọc ngập nước nhân tạo 47
3.1.3.1 BLNT có dòng chảy bề mặt (FWS) 48
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
4
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
a. Các nguyên lý cơ bản 48
b. Tác dụng của cây trong FWS 48
c. Cơ chế vận chuyển oxy trong FWS 49
3.1.3.2 BLNT có dòng chảy ngầm (SSF) 49
a. Phân loại 49
b. Các nguyên lý cơ bản 50
c. Vận chuyển oxy trong SSF 50
d. Loại bỏ P qua hấp phụ (phân hủy các phần tử P) 50
3.1.3.2.1 Hệ thống BLNT với dòng chảy ngầm ngang (HSF) 50
3.1.3.2.2 Hệ thống BLNT với dòng chảy ngầm thẳng đứng (VSF)

51
3.1.4 Cấu tạo và các cơ chế loại bỏ chất ô nhiễm trong BLNT 52
3.1.4.1 Cấu tạo hệ thống BLNT 52
3.1.4.2 Cơ chế loại bỏ chất ôi nhiễm trong BLNT 54
a. Quá trình vật lý 54
b. Quá trình hóa học 55
c. Quá trình sinh học 55
3.1.5 Khả năng xử lý của BLNT 57
3.1.6 Thực vật trong bãi lọc 59
3.1.6.1 Các nhóm thực vật thủy sinh 59
3.1.6.2 Vai trò của thực vật trong Bãi lọc 61
3.1.6.3 Khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu trong nước thải 62
3.1.7 Vi sinh vật trong bãi lọc nhân tạo 63
3.1.8 Vận hành và bảo dưỡng hệ thống BLNT 64
3.1.9 Ưu và nhược điểm của BLNT 66
3.2 Ứng dụng của BLNT trong canh tác nông nghiệp 68
3.2.1 Trên thế giới 68
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
5
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
3.2.2 Tại Việt Nam 70
CHƯƠNG IV MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ THẢO LUẬN 72
4.1 Kết quả thí nghiệm 73
4.1.1 Quy mô phòng thí nghiệm 73
4.1.2 Mô hình nghiên cứu 73
4.1.2.1 Đòa điểm thí nghiệm 73
4.1.2.2 Các công đoạn của mô hình 74
4.2 Kết quả và thảo luận 74
4.2.1 Kết quả 74
4.2.2 Thảo luận 78

4.2.2.1 Chiều cao cây X 79
4.2.2.2 Số lá cây Y 81
4.2.2.3 Diện tích lá Z 82
4.2.3 Các điều kiện ảnh hưởng tới sự sinh trưởng và phát triển của rau cải
xanh 84
4.2.3.1 nh hưởng thời tiết khí hậu 84
4.2.3.2 Chất dinh dưỡng 84
4.2.3.3 Các yếu tố môi trường 86
CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 87
5.1 Kết luận 88
5.2 Kiến nghò 90
Tài liệu tham khảo
Phụ lục 1
Phụ lục 2
Phụ lục 3
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
6
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT
BOD
5
Nhu cầu oxy hóa sinh học 5 ngày (Biological Oxygen Demand)
COD Nhu cầu oxy hóa hóa học (Chemical Oxygen Demand)
DO Oxy hòa tan (Dissolved oxygen)
XLNT Xử lý nước thải
VSV Vi sinh vật
BLNT Bãi lọc nhân tạo
SS Chất rắn lơ lửng
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
ĐH Đại Học

Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
7
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
DANH MỤC CÁC BẢNG
BẢNG 2.1 Xếp loại các VSV có trong phân người và gia súc theo mức độ
nguy hiểm 14
BẢNG 2.2 Thành phần % các khí sinh ra trong quá trình lên men 25
BẢNG 3.1 Giá trò K
A
và C
*
của một số thành phần nước thải đối với hệ
thống FWS và SSF 54
BẢNG 3.2 Một số loài thực vật thủy sinh tiêu biểu 61
BẢNG 3.3 Tóm tắt các vai trò cơ bản của thực vật trongBLNT 62
BẢNG 3.4 Chất lượng nước sau bãi lọc nhân tạo Uggerhaine 69
BẢNG 3.5 Hiệu quả xử lý của cỏ Vetiver ở Úc 69
BẢNG 4.1 Các chỉ tiêu thông số đầu vào nước thải chế biến thòt 73
BẢNG 4.2 Các thông số mẫu nước giếng 73
BẢNG 4.3 Kết quả so sánh các nghiệm thức 79
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
8
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ SƠ ĐỒ
HÌNH 2.1 Đường cong sinh trưởng của VSV trong bể xử lý 19
HÌNH 2.2 Sơ đồ phân loại các hệ thống xử lý kỵ khí 23
HÌNH 2.3 Sơ đồ phân hủy yếm khí nước thải 26
HÌNH 2.4 Sơ đồ hồ yếm khí xử lý nước thải chế biến thòt 31
HÌNH 2.5 Các quá trình trong Bể lọc sinh học nhỏ giọt 34
HÌNH 2.6 Các quá trình xảy ra trong Hồ sinh học 37

HÌNH 2.7 Mối quan hệ cộng sinh giữa tảo và VSV trong Hồ hiếu khí 39
HÌNH 2.8 Sơ đồ Hồ hiếu khí tùy nghi 40
HÌNH 2.9 Sơ đồ quá trình phân hủy kỵ khí 41
HÌNH 2.10 Sơ đồ phân hủy bùn cặn 42
HÌNH 3.1 Phân loại Bãi lọc nhân tạo 47
HÌNH 3.2 Mô hình BLNT có dòng chảy bề mặt (FWS) 48
HÌNH 3.3 Mô hình BLNT có dòng chảy ngầm ngang(HSF) 51
HÌNH 3.4 Mô hình BLNT có dòng chảy ngầm thẳng đứng(VSF) 52
HÌNH 3.5 Cấu tạo hệ thống BLNT 53
HÌNH 3.6 Quá trình chuyển hóa các chất ô nhiễm trong BLNT 58
HÌNH 3.7 Xử lý nước thải bằng cây sậy tại Đan Mạch 68
HÌNH 3.8 Mô hình xử lý nước thải bằng cây Dong Giềng và Mô hình xử lý
nước thải tại cống thải nuôi heo ở Đồng Nai 71
HÌNH 3.9 Mô hình Bãi lọc trồng cây cỏ nến của trường ĐH nông lâm 71
HÌNH 4.1 Luống thứ 2 sau 5 ngày tuổi 75
HÌNH 4.2 Rau cải xanh sau 10 ngày tuổi 76
HÌNH 4.3 Sự hấp thụ chất dinh dưỡng và vận chuyển oxy vào rể thực vật76
HÌNH 4.4 Luống thứ 2 sau 20 ngày trồng thí nghiệm 78
HÌNH 4.5 Luống thứ 1 và thứ 2 sau 20 ngày 79
Sơ đồ Cánh Đồng tưới 35
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
9
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
DANH MỤC ĐỒ THỊ
ĐỒ THỊ 4.1 Chiều cao trung bình của Luống thứ 1 79
ĐỒ THỊ 4.2 Chiều cao trung bình của Luống thứ 2 80
ĐỒ THỊ 4.3 Kết quả so sánh chiều cao cây X 80
ĐỒ THỊ 4.4 Số lá Y cây rau cải xanh Luống thứ 1 81
ĐỒ THỊ 4.5 Số lá Y rau cải xanh Luống thứ 2 81
ĐỒ THỊ 4.6 Kết quả so sánh Số lá Y 82

ĐỒ THỊ 4.7 Diện tích lá Z của luống thứ 1 82
ĐỒ THỊ 4.8 Diện tích lá Z của Luống thứ 2 83
ĐỒ THỊ 4.9 Kết quả so sánh diện tích lá Z của 2 Luống rau cải 83
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
10
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
Chöông I
MÔÛ ÑAÀU
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
11
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
1.1 Đặt vấn đề
Môi trường và những vấn đề liên quan tới môi trường là đề tài được bàn
luận một cách sâu sắc trong kế hoạch phát triển bền vững của mỗi quốc gia trên
thế giới. Trái đất đang bò đe dọa bởi sự suy thoái và cạn kiệt dần nguồn tài
nguyên. Nguồn gốc của sự biến đổi về môi trường trên thế giới hiện này là do
các hoạt động kinh tế - xã hội của con người. Con người là một phần của hệ sinh
thái môi trường,các hoạt động của con người ngày càng tác động đến môi trường
càng rõ rệt. Các hoạt động này, một mặt cải thiện cuộc sống của con người và
môi trường, mặt khác lại mang hàng loạt các vấn đề như : khan hiếm, cạn kiệt tài
nguyên môi trường và vấn đề nan giải nhất là ô nhiễm môi trường trên khắp thế
giới .
Trong top 10 về vấn đề ô nhiễm hiện nay thì ô nhiễm nguồn nước là vấn đề
mà xã hội hiện nay đang quan tâm nhiều nhất .
Theo báo cáo của Bộ Tài Nguyên và Môi Trường, đến hết năm 2008 cả
nước có khoảng 200 khu công nghiệp. Ngoài ra còn có hàng trăm cụm, điểm công
nghiệp được Ủy ban nhân dân các tỉnh, thành phố trục thuộc Trung ương quyết
đònh thành lập. Theo báo cáo giám sát của Ủy ban Khoa học Công nghệ và môi
trường của Quốc hội , tỉ lệ các khu công nghiệp có hệ thống xử lý nước thải tập
trung ở một số đòa phương rất thấp. Một số khu công nghiệp có xây dựng hệ

thống xử ly nước thải nhưng không vận hành vì để giảm chi phí. Đến nay, mới có
60 khu công nghiệp đã hoạt động đã có trạm xử lý nước thải tập trung ( chiếm
42% số khu công nghiệp đã vận hành ) và 20 khu công nghiệp đang xây dựng
trạm xử lý nước thải .
Ở nước ta hiện nay , phần lớn nước thải sinh hoạt từ các khu đô thò, ven đô
thò, nông thôn đều chưa được xử lý đúng cách. Nước thải từ các khu vệ sinh mới
chỉ được xử lý sơ bộ tại các bể tự hoại, chất lượng chưa được yêu cầu, xả ra môi
trường là nguyên nhân gây ô nhiễm nguồn nước. Điều kiện nước ta hiện nay,
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
12
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
phần lớn các dự án thoát nước và xử lý nước thải còn chưa đến được mọi nơi, và
nếu có thì cũng chỉ hướng tới giải quyết các vấn đề thoát nước mưa, khắc phục
tình trạng ngập úng . Khó khăn về kinh tế để duy trì vận hành bảo dưỡng hệ
thống đó, do đó việc nghiên cứu làm sạch nước thải tại chỗ cho hộ gia đình hay
cụm dân cư bằng công nghệ phù hợp, đơn giản, chi phí xây dựng và vận hành
thấp ,đảm bảo vệ sinh môi trường là một hướng giải quyết hợp lí và khả thi .
Trên thế giới gần đây, Bãi lọc trồng cây ( Constructed Wetland ) được biết
là một công nghệ xử lý nước thải trong điều khiện tự nhiên. Chi phí thấp, vò trí ổn
đònh, hiệu xuất cao, nhất là tăng năng xuất cây trồng. Sinh khối thực vật, bùn
phân hủy, nước thải sau xử lý còn có giá trò kinh tế cao. Công nghệ xử lý này ở
Việt Nam còn rất mới mẻ.
Trong phạm vi hạn hẹp về thời gian và kiến thức về khóa luận em chọn đề
tài “Nghiên cứu tái sử dụng nước thải chứa chất hữu cơ vào canh tác nông
nghiệp” Công trình ứng dụng cho đề tài là hệ thống xử lý nước thải bằng Bãi
lọc trồng cây.
1.2. Tính cấp thiết của đề tài .
Sản xuất bền vững là hướng phấn đấu của ngành nông nghiệp nhiều nước
tiên tiến trên thế giới hiện nay. Tiêu chí của sản xuất nông nghiệp bền vững có
nhiều vấn đề, nhưng tập trung là tạo ra sản phẩm sạch, an toàn và bảo vệ môi

trường (trong đó có bảo vệ nguồn nước và bảo tồn tài nguyên đất).
Khai thác, sử dụng chất hữu cơ là một giải pháp để bảo tồn tài nguyên đất
trong sản xuất nông nghiệp bền vững. Nước thải chứa chất hữu cơ cung cấp đủ
chất hữu cơ và các vitamin cho cây trồng. Việc tận dụng nước thải chứa chất hữu
cơ vào canh tác nông nghiệp cần được khai thác và sử dụng .
1.3 Mục tiêu của đề tài
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
13
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
Nghiên cứu tái sử dụng nước thải chứa chất hữu cơ vào việc tăng năng
xuất cây trồng bằng Bãi lọc trồng cây.
1.4 Nội dung của đề tài
- Thu thập số liệu , tài liệu đánh giá tổng quan về Bãi lọc trồng cây.
- Khảo sát , phân tích các phương pháp xử lý nước thải của Bãi lọc trồng
cây.
- Các công nghệ xử lý kết hợp với phát triển nông nghiệp nước ta hiện
nay.
- Xây dựng các hệ thống xử lý cho từng loại cây trồng nhằm làm tăng
năng xuất.
1.5 Phương pháp thực hiện.
- Phương pháp thu thập và khảo sát thực tế.
- Phương pháp tổng hợp tài liệu .
- Phương pháp kế thừa : kế thừa những kết quả số liệu của những nghiên
cứu đã có.
- Phương pháp phân tích đánh giá so sánh .
- Tiến hành các thí nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm .
- Tiến hành thực hiện mơ hình ở thực tiễn .
1.6 Tính mới của đề tài.
Việc nghiên cứu tái sử dụng nước thải chứa chất hữu cơ vào canh tác nông
nghiệp là một vấn đề mới ở nước ta . Hệ thống Bãi lọc trồng cây là một công

nghệ mới, hệ thống xử lý đơn giản và có thể ứng dụng vào phát triển nông
nghiệp.
1.7 Ý nghóa khoa học .
Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải chứa chất hữu cơ của Bãi lọc trồng cây
nhân tạo kết hợp với canh tác nông nghiệp .
1.8 Ý nghóa thực tiễn.
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
14
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
Đưa ra hướng xử lý nước thải chứa chất hữu cơ, góp phần giải quyết tình
trạng ô nhiễm môi trường ở nước ta hiện nay.
Chương II
TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
15
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
2.1 Tổng quan về nước thải .
2.1.1 Khái niệm về nước sạch .
Quan niệm về mức độ sạch của nước thay đổi theo từng thời kỳ, tùy thuộc
vào nhận thức, phong tục, tập quán .
Tuy nhiên có thể đònh nghóa chung “ Nước sạch là nước không có màu
không mùi, không vò, không có các chất tan và không tan độc hại cho con người,
không có các vi khuẩn gây bệnh và không có tác động xấu đến sức khỏe con
người”.
2.1.2 Đònh nghóa nước thải .
Tất cả các hoạt động sinh hoạt và sản xuất trong mỗi cộng đồng đều tạo ra
các chất thải, ở các thể khí, lỏng, rắn. Chất thải lỏng hay nước thải (wastewater)
được đònh nghóa như một dạng hòa tan hay trộn lẫn giữa nước (nước dùng, nước
mưa, nước mặt, nước ngầm…) và chất thải từ sinh hoạt trong cộng đồng cư dân,

các khu vực sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, thương mại, giao thông
vận tải, nông nghiệp… Sự ô nhiễm nước ( water - pollution) xảy ra khi các chất
nguy hại xâm nhập vào nước lớn hơn khả năng tự làm sạch của chính bản thân
nguồn nước .
“ Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và
đã làm thay đổi tính chất ban đầu của chúng ”.
Nước thải chứa chất hữu cơ là nước thải có hàm lượng các hợp chất hữu cơ
cao chiếm 80 – 90% gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo, hydrat cacbon.
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
16
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
Chất vo cơ chiếm 10 – 20 % gồm các muối, đất, ure, amonium, muối chlorua
SO
4
2-

Nước thải chưa xử lý là nguồn tích lũy các chất độc hại cho con người và các
sinh vật khác. Sự phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải có thể tại ra các khí
nặng mùi.
2.1.2.1 Nước thải sinh hoạt.
Nước thải sinh hoạt là nước thải từ các khu dân cư, khu vục hoạt động
thương mại, công sở, trường học hay các cơ sở khác. Chúng chứa khoảng 58 %
chất hữu cơ và 42% chất khoáng . Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là
hàm lượng cao các chất hữu cơ không bền sinh học ( như Cacbonhydrat , protein,
mỡ ) chất dinh dưỡng (photphat, nito) vi trùng, chất rắn,và mùi .
2.1.2.2 Nước thải công nghiệp (hay nước thải sản xuất)
Nước thải công nghiệp là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động sản xuất.
Trong quá trình công nghệ các nguồn nước thải có thể phân thành:
 Nước hình thành do phản ứng hóa học (chúng bò ô nhiễm bởi các tác
chất và các sản phẩm phản ứng).

 Nước ở dạng ẩm tự do và liên kết trong nguyên liệu và chất ban đầu,
được tách ra trong quá trình chế biến.
 Nước rửa nguyên liệu, sản phẩm, thiết bò.
 Nước hấp thụ, nước làm nguội.
2.1.2.3 Nước thải tự nhiên
Nước mưa được xem là nước thải tự nhiên. Ở những thành phố hiện đại,nước
mưa được thu gom bằng hệ thống riêng.
2.1.2.4 Nước thải đô thò
Nước thải đô thò là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống thoát
của một thành phố. Đó là hỗn hợp các loại nước thải kể trên.
2.1.2.5 Mục đích của xử lý nước thải .
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
17
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
• Giảm thiểu bệnh tật, nguy hại
• Tránh ô nhiễm nước cấp
• Giữ nguồn tiếp nhận tốt cho sự sinh trưởng của thuỷ sinh
• Bảo vệ cho sử dụng giải trí, du lịch
• Bảo tồn nguồn nước
2.1.3 Thành Phần và Tính Chất Nước Thải
2.1.3.1 Tính chất vật lý
Tính chất vật lý của nước thải được xác đònh dựa trên các chỉ tiêu: màu sắc,
mùi, nhiệt độ và lưu lượng.
- Màu: thường là có màu xám có vẩn đục. Màu sắc của nước thải sẽ thay
đổi đáng kể nếu như bò nhiễm khuẩn, khi đó sẽ có màu đen tối.
- Mùi: có trong nước thải là do các khí sinh ra trong quá trình phân hủy các
hợp chất hữu cơ hay do một số chất được đưa thêm vào.
- Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải thường cao hơn so với nguồn nước sạch
ban đầu, do có sự gia nhiệt vào nước từ các đồ dùng trong gia đình và các máy
móc sản xuất.

- Lưu lượng: thể tích thực của nước thải cũng được xem là một đặc tính vật
lý của nước thải, có đơn vò m
3
/người/ngày. Vận tốc dòng chảy luôn thay đổi theo
ngày.
2.1.3.2 Tính chất hóa học
Các thông số thể hiện tích chất hóa học thường là: độ kiềm, BOD, COD, các
chất khí hòa tan, các hợp chất N, P, các chất rắn (hữu cơ, vô cơ, huyền phù và
không tan) và nước.
 Độ kiềm: độ kiềm là môi trường đệm để giữ pH trung tính của nước thải
trong suốt quá trình xử lý sinh hóa.
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
18
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
 Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD): dùng để xác đònh lượng chất bò phân hủy
sinh hóa trong nước thải. BOD
5
trong nước thải sinh hoạt thường nằm trong
khoảng 100 – 300 mg/l.
 Nhu cầu oxy hóa học (COD): dùng để xác đònh lượng chất bò oxy hóa
trong nước thải. COD thường trong khoảng 200 – 500 mg/l.
 Các chất khí hòa tan: đây là những chất khí có thể hòa tan trong nước
thải. Nước thải công nghiệp thường có lượng oxy hòa tan tương đối thấp.
 Hợp chất chứa N: số lượng và loại hợp chất chứa N sẽ thay đổi đối với
mỗi loại nước thải khác nhau.
 pH: Nồng độ pH khoảng 1 – 14. Để xử lý nước thải có hiệu quả pH
thường trong khoảng 6 – 9,5 (hay tối ưu là 6,5 – 8).
 Phospho: đây là nhân tố cần thiết cho hoạt động sinh hóa. P thường trong
khoảng 6 – 20 mg/l.
 Các chất rắn: hầu hết các chất ô nhiễm trong nước thải có thể xem là

chất rắn.
 Nước: luôn là thành phần cấu tạo chính của nước thải. Trong một số
trường hợp, nước có thể chiếm từ 99,5% - 99,9% trong nước thải (thậm chí ngay
cả ngay cả trong những loại nước thải ô nhiễm nặng nhất các chất ô nhiễm cũng
chiếm 0,5%, còn đối nguồn nước thải được xem là sạch nhất thì nồng độ này là
0,1%.)
2.1.4 Các thông số đánh giá ô nhiễm và yêu câu xử lý .
2.1.4.1 Các thông số đánh giá
Các thông số cơ bản để đánh giá chất lượng nước là: độ pH, màu sắc, độ
đục, hàm lượng chất rắn, các chất lơ lửng, các kim loại nặng, oxy hòa tan và
đặc biệt là BOD và COD. Ngoài các chỉ tiêu hóa học cần quan tâm tới chỉ tiêu
sinh học, đặc biệt là Escherichia.coli.
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
19
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
 Độ pH: Chỉ số này cho ta biết cần thiết phải trung hòa hay không và tính
lượng hóa chất cần thiết trong quá trình xử lý đông keo tụ, khử khuẩn
 Hàm lượng các chất rắn: Tổng chất rắn (TS) được xác đònh bằng trọng
lượng khô phần còn lại sau khi cho bay hơi 1 mẫu nước trên bếp cách thủy rồi sấy
khô ở 105
0
C cho đến khi trọng lượng khô không đổi. Đơn vò tính bằng mg hoặc
g/l.
 Màu: nước có thể có độ màu, đặc biệt là nước thải thường có màu nâu
đen hoặc đỏ nâu.
 Độ đục: Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước. Vi sinh
vật có thể bò hấp thụ bởi các hạt rắn lơ lửng sẽ gây khó khăn khi khử khuẩn. Độ
đục càng cao độ nhiễm bẩn càng lớn.
 Oxy hòa tan (DO – Dissolved oxygen): là một chỉ tiêu quan trọng của
nước. Độ hòa tan của nó phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và các đặc tính của

nước. Phân tích chỉ số oxy hòa tan (DO) là một trong những chỉ tiêu quan trọng
đánh giá sự ô nhiễm của nước và giúp ta đề ra biện pháp xử lý thích hợp.
 Chỉ số BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa – Biochemical Oxygen Demand):
nhu cầu oxy sinh hóa hay nhu cầu oxy sinh học là lượng oxy cần thiết để oxy hóa
các chất hữu cơ có trong nước bằng vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hoại sinh,
hiếu khí. BOD là chỉ tiêu thông dụng nhất để xác đònh mức độ ô nhiễm của nước
thải.
Phương trình tổng quát oxy hóa sinh học:
Chất hữu cơ + O
2
 CO
2
+ H
2
O
Vi sinh vật
Quá trình này đòi hỏi thời gian dài ngày, vì phải phụ thuộc vào bản chất của
chất hữu cơ, vào các chủng loại vi sinh vật, nhiệt độ nguồn nước, cũng như một số
chất có độc tính xảy ra trong nước.
 Chỉ số COD (Nhu cầu oxy hóa học – Chemical Oxygen Demand):
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
20
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
COD được đònh nghóa là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa hóa học
các chất hữu cơ trong nước thành CO
2
và H
2
O.
Lượng oxy này tương đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bò oxy hóa

được xác đònh khi sử dụng một tác nhân oxy hóa hóa học mạnh trong môi trường
axit. Chỉ số COD biểu thò cả lượng các chất hữu cơ không thể bò oxy hóa bằng vi
sinh vật do đó nó có giá trò cao hơn BOD. Đối với nhiều loại nước thải, giữa BOD
và COD có mối tương quan nhất đònh với nhau.
 Các chất dinh dưỡng: chủ yếu là N và P, chúng là những nguyên tố
cần thiết cho các thực vật phát triển hay chúng được ví như là những chất dinh
dưỡng hoặc kích thích sinh học.
+ Nito (N): nếu thiếu N có thể bổ sung thêm N để nước thải đó có thể xử lý
bằng sinh học.
+ Phospho (P): có ý nghóa quan trọng trong xử lý nước thải bằng phương
pháp sinh học.
 Chỉ thò về vi sinh của nước (Escherichia.coli):
Trong nước thải, đặc biệt là nước thải sinh hoạt, bệnh viện, vùng du lòch,
khu chăn nuôi nhiễm nhiều loại vi sinh vật. Trong đó có nhiều loài vi khuẩn
gây bệnh, đặc biệt là bệnh về đường tiêu hóa, tả lò, thương hàn, ngộ độc thực
phẩm.
Chất lượng về mặt vi sinh của nước thường được biểu thò bằng nồng độ của
vi khuẩn chỉ thò – đó là những vi khuẩn không gây bệnh và về nguyên tắc đó là
nhóm trực khuẩn (coliform). Thông số được sử dụng rộng rãi nhất là chỉ số coli.
2.2 Tổng quan xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học .
Người ta sử dụng các phương pháp sinh học để làm sạch nước thải sinh hoạt
cũng như nước thải sản xuất khỏi nhiều chất hữu cơ hòa tan và một số chất vô cơ
như H
2
S, các sunfit, amoniac, nito…
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
21
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân
hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các

chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng
trong quá trình sinh trưởng. Chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào,
sinh trưởng và sinh sản. Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là
quá trình oxy hóa sinh hóa .
Nước thải được xử lý bằng vi sinh vật được đặc trưng bởi chỉ tiêu BOD và
COD. Để xử lý bằng phương pháp này nước thải cần không chứa các chất độc
hại, các muối kim loại nặng, và tỉ số BOD/COD ≥ 0,5 .
Có hai phương pháp xử lý bằng phương pháp sinh học :
 Phương pháp kỵ khí, sử dụng nhóm vi sinh vật kò khí, hoạt động trong
điều kiện không có oxy .
 Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động
trong điều kiện cung cấp oxy liên tục.
2.2.1 Vi sinh vật trong quá trình xử lý nước thải .
2.2.1.1 Khái niệm vi sinh vật và tầm quan trọng của vi sinh vật.
 Khái niệm:
Vi sinh vật là những sinh vật đơn bào có kích thước nhỏ, không quan sát
được bằng mắt thường mà phải sử dụng kính hiển vi. Nó bao gồm cả virus, vi
khuẩn, Archaea, vi nấm, vi tảo, động vật nguyên sinh
Vi sinh vật đóng vai trò vô cùng quan trọng trong thiên nhiên cũng như trong
cuộc sống của con người. Vi sinh vật đóng vai trò quyết đònh trong quá trình tự
làm sạch các môi trường tự nhiên.
 Đặc điểm chung:
- Kích thước nhỏ bé: kích thước vi sinh vật thường được đo bằng micromet.
- Hấp thu nhiều, chuyển hóa nhanh.
- Sinh trưởng nhanh, phát triển mạnh.
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
22
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
- Năng lực thích ứng mạnh và dễ phát sinh biến dò.
- Phân bố rộng, chủng loại nhiều.

- Do tính chất dễ phát sinh đột biến nên số lượng loài vi sinh vật tìm được
ngày càng tăng.
- VSV gồm nhiều nhóm phân loại khác nhau, là những cơ thể đơn bào hay
tập hợp đơn bào, có kích thước hiển vi.
 Vai trò của vi sinh vật:
- Trong tự nhiên:
Tích cực:
+ Vi sinh vật là mắt xích quan trọng trong các chu trình chuyển hóa vật chất
và năng lượng trong tự nhiên.
+ Tham gia vào việc gìn giữ tính bền vững của hệ sinh thái và bảo vể môi
trường.
Tiêu cực:
+ Gây bệnh cho người, động – thực vật.
+ Là nguyên nhân gây hư hỏng thực phẩm.
- Trong
nghiên cứu di truyền: Là đối tượng lí tưởng trong công nghệ di truyền, công nghệ
sinh học…
- Bảo vệ môi trường: Vi sinh vật tham gia tích cực vào quá trình phân giải
các phế thải nông nghiệp, phế thải công nghiệp, rác sinh hoạt …
Bảng 2.1 – Xếp loại các vi sinh vật có trong phân người và gia súc theo mức độ
nguy hiểm .
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
Mức độ nguy hiểm cao Ký sinh trùng (Ancylostoma,
Ascaris, Trichuris và Taenia)
Mức độ nguy hiểm trung bình Vi khuẩn đường ruột (Chloera
vibrio, Sallmonella typhosa,
Shigella và một số loại khác)
Mức độ nguy hiểm thấp Các vi rút đường ruột
23
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn

Số lượng coliform hay E. coli được biểu diễn bằng số khả hữu MPN (Most
Probable Number).
2.2.2 Cơ sở lý thuyết của quá trình .
Cơ sở để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là quá trình chuyển hóa
vật chất, quá trình tạo cặn lắng và quá trình tự làm sạch nguồn nước của các vi
sinh vật dò dưỡng và tự dưỡng, có trong tự nhiên nhờ khả năng đồng hóa được rất
nhiều nguồn cơ chất khác nhau có trong nước thải .
Trong các nguồn nước luôn xảy ra quá trình Amon hoá chất hữu cơ chứa nitơ
bởi các vi khuẩn Amôn hoá. Nhờ các men ngoại bào của các vi khuẩn gây thối
như loài Pseudomonadales, Eubateriales… mà Protein bò phân huỷ thành các hợp
chất đơn giản hơn là các Polipeptit, Oligopeptit. Các chất này hoặc tiếp tục được
phân huỷ thành các Axit amin nhờ men Peptidaza ngoại bào hoặc được tế bào
hấp thụ sau đó sẽ được phân huỷ tiếp trong tế bào thành các Axit amin. Các axit
amin một phần được vi sinh vật sử dụng để sinh tổng hợp Protein - xây dựng tế
bào mới, một phần bò phân giải tiếp theo những con đường khác nhau để tạo NH
3
và nhiều sản phẩm trung gian khác.
Với các Protein có chứa S, nhờ tác dụng của men Desunfuraza sẽ bò phân
hủy tạo ra H
2
S. Sản phẩm phân giải bởi vi sinh vật kỵ khí còn cho Scatol, Indol,
Mercaptan và một số khí khác. Nhờ sự hoạt động của một số vi khuẩn như
Thiobacillus, Thiobacillus denitrificans, vi khuẩn lưu huỳnh dạng sợi thuộc giống
Beggiatoa, Thiothrix và nhiều vi khuẩn dò dưỡng, vi khuẩn hiếu khí khác quá trình
Sunfat hoá được thực hiện. Ngược lại, quá trình khử Sunfat cũng xảy ra bởi các vi
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
24
Khóa luận tốt nghiệp GVHD : Thạc sĩ Lâm Vĩnh Sơn
khuẩn kỵ khí có trong bùn thối, nước thải thối (đại diện là Desunfovibrio
desunfuricans).

Ngoài ra còn thấy loài Clotridium nigrificans và loài Pseudomonas Zelinskii
cũng có khả năng khử Sunfat. Trong điều kiện tự nhiên nhiều loài vi khuẩn như
loài Acinetobacter và nấm có khả năng phân giải và giải phóng photpho trong
xương động vật ở dạng rắn Ca
3
(PO
4
)
2
sang dạng hoà tan. Theo con đường thuỷ
phân trong điều kiện hiếu khí các vi khuẩn Pseudomonas, Bacillus, Actinomyces
và các loài nấm bậc cao chuyển hoá nhanh tinh bột thành đường và các loại
đường này một phần bò phân huỷ thành CO
2
và nhiều sản phẩm khác nhau, một
phần được chuyển hoá trong quá trình trao đổi chất. Trong điều kiện kỵ khí tinh
bột bò phân huỷ bởi Clotridium. Trong điều kiện hiếu khí Cytophaza và
Sporocytophaga là loài có khả năng phân huỷ xenluloza mạnh nhất.
Ngoài ra, các loài Pseudomonadales, Vibrio, Myxobacterium, Actinomycetes
và Cellvibrio cũng tham gia phân huỷ xenluloza. Xenluloza bò phân huỷ bởi các
men ngoại bào thành các sản phẩm trung gian và đường. Trong bùn lắng quá trình
lên men kỵ khí chủ yếu bởi Clotridium phân huỷ xenluloza thành Etanol, Axit
focmic, Axit axetic, Axit lactic, H
2
và CO
2
.
Trong tự nhiên còn xảy ra quá trình tự làm sạch nhờ các sinh vật sử dụng
các chất bẩn trong nước làm nguồn thức ăn. Về mặt sinh học tham gia vào quá
trình tự làm sạch có rất nhiều loài sinh vật như cá, chim, nguyên sinh động vật,

nhuyễn thể…và vi sinh vật với mức độ khác nhau nhưng đóng vai trò quyết đònh
vẫn là các vi sinh vật. Ngoài ra còn thấy vai trò làm sạch của các loài tảo. Thông
qua hoạt động sống của mình tảo cung cấp oxy cho môi trường và các chất kháng
sinh để tiêu diệt các mầm bệnh có trong nước. Một số loài tảo và loài nhuyễn thể
2 mảnh còn có khả năng hấp thụ các kim loại nặng và tia phóng xạ.
Trong nước thải các vi sinh vật luôn có mối quan hệ rất phức tạp với nhau.
Quan hệ cạnh tranh đã có ảnh hưởng quyết đònh đến thành phần vi sinh vật. Quan
Sinh viên : Đặng Thị Ngọc Mai
25