TÀI LIỆU XỬ LÝ NƯỚC THẢI TÓM TẮT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Xử lý nước thải
07-09-2010
TÓM TẮT QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC
THẢI

Giai đoạn tiền xử lý: Bằng phương pháp cơ học, hóa học
và hóa lý để loại bỏ các loại rác thô, chất rắn lơ lửng
(SS), ra khỏi nguồn nước. Ngoài ra, còn có chức năng
làm ổn định chất lượng nước thải như: điều chỉnh pH, lưu
lượng và tải lượng các chất gây bẩn có trong nguồn thải.

Giai đoạn xử lý sinh học: Chủ yếu dùng các phương pháp
xử lý như: yếm khí, hiếu khí, thiếu khí để loại bỏ các hợp
chất hữu cơ tan có trong nguồn nước nhằm làm giảm các
chỉ số BOD, COD, T-N, T-P, có trong nguồn nước. Quá
trình này sẽ hoạt động hiệu quả khi các thành phần cơ
chất (các hợp chất chứa cacbon), dinh dưỡng (các hợp
chất chứa nitơ và photpho), nồng độ oxy hoà tan trong
nước, được bổ sung hợp lý.

Giai đoạn xử lý hoàn thiện: Nhằm mục đích làm ổn định
chất lượng nước, khử trùng cho nguồn nước trước khi xả
ra môi trường. Giai đoạn này thường dùng phương pháp
hóa học để xử lý. Kết thúc quá trình xử lý, nước đầu ra
đảm bảo yêu cầu chất lượng xả thải mà không làm ảnh
hưởng tới môi trường.

Giai đoạn xử lý bùn: Sử dụng phương pháp cơ học và
hóa lý để xử lý nhằm giảm thiểu thể tích bùn thải hay
chuyển trạng thái bùn từ trạng thái lỏng sang trạng thái
rắn dùng cho các mục đích khác như xả bỏ hay làm phân

vi sinh.

DO, BOD, COD LÀ GÌ ?
DO là lượng oxy hoà tan trong nước cần thiết cho sự hô
hấp của các sinh vật nước (cá, lưỡng thê, thuỷ sinh, côn
trùng v.v ) thường được tạo ra do sự hoà tan từ khí
quyển hoặc do quang hợp của tảo. Nồng độ DO trong
nước nằm trong khoảng 8 - 10 ppm, và dao động mạnh
phụ thuộc vào nhiệt độ, sự phân hủy hoá chất, sự quang
hợp của tảo và v.v Khi nồng độ DO thấp, các loài sinh
vật nước giảm hoạt động hoặc bị chết. Do vậy, DO là một
chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô nhiễm nước của các
thuỷ vực.

BOD (Biochemical oxygen Demand - nhu cầu oxy sinh
hóa): lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hoá các chất
hữu cơ theo phản ứng:
Vi khuẩn:
Chất hữu cơ + O2 = CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm
trung gian
Trong môi trường nước, khi quá trình oxy hóa sinh học
xảy ra thì các vi sinh vật sử dụng oxy hoà tan, vì vậy xác
định tổng lượng oxy hoà tan cần thiết cho quá trình phân
hủy sinh học là phép đo quan trọng đánh giá ảnh hưởng
của một dòng thải đối với nguồn nước. BOD có ý nghĩa
biểu thị lượng các chất thải hữu cơ trong nước có thể bị
phân hủy bằng các vi sinh vật.

COD (Chemical Oxygen Demand - nhu cầu oxy hóa học)
là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hoá học

trong nước bao gồm cả vô cơ và hữu cơ. Như vậy, COD
là lượng oxy cần để oxy hoá toàn bộ các chất hóa học
trong nước, trong khi đó BOD là lượng oxy cần thiết để
oxy hóa một phần các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy bởi
vi sinh vật.

Toàn bộ lượng oxy sử dụng cho các phản ứng trên được
lấy từ oxy hòa tan trong nước (DO). Do vậy nhu cầu oxy
hóa học và oxy sinh học cao sẽ làm giảm nồng độ DO của
nước, có hại cho sinh vật nước và hệ sinh thái nước nói
chung. Nước thải hữu cơ, nước thải sinh hoạt và nước
thải hoá chất là các tác nhân tạo ra các giá trị BOD và
COD cao của môi trường nước.

VI SINH

1.1. GIỚI THIỆU VỀ BÙN HOẠT TÍNH

1.1.1. Lịch sử phát triển của quá trình bùn hoạt tính
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí -
bùn hoạt tính ngày nay đã trở nên rất phổ biến và quen
thuộc. Tổ tiên của phương pháp này là tiến sĩ Angus
Smith. Vào cuối thế kỉ trước, ông đã nghiên cứu việc làm
thoáng khí tạo điều kiện oxy hoá chất hữu cơ làm giảm ô
nhiễm trong nước thải. Và từ đó, có rất nhiều nghiên cứu
về vấn đề này. Năm 1910, Black và Phelps thấy rằng có
thể làm giảm ô nhiễm nước thải đáng kể bằng cách sục
khí. Nhiều thí nghiệm tiếp theo đã đưa đến thí nghiệm
Lowrence trong suốt năm 1912, 1913 của Clark và Gage.
Hai ông thấy rằng nước thải được làm thoáng, cùng với

việc nuôi cấy vi sinh trong các bình, các hồ được che
một phần bằng các máng che cách nhau 25mm sẽ tăng
khả năng làm sạch nước. Dựa vào kết quả của công trình
nghiên cứu này, Tiến sĩ G.J. Flower đại học Manchester,
Anh thực hiện một số thí nghiệm tương tự và cuối cùng đã
đưa đến công trình của Arden và Lockett tại viện nghiên
cứu nước thải Manchester. Trong suốt quá trình thí
nghiệm của mình, hai ông phát hiện rằng, bùn đóng vai trò
quan trọng trong việc xử lý nước thải bằng cách sục khí.
Công trình nghiên cứu này được tuyên bố vào ngày
3/5/1914. Arden và Lockett đặt tên cho quá trình này là
quá trình bùn hoạt tính.

1.1.2. Quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính
Bùn hoạt tính là một tập hợp gồm nhiều vi sinh vật và các
hạt có kích thước khác nhau. Các hạt có thể là các vi
khuẩn 0.5 - 5µm hoặc là các bông bùn lớn từ 1mm trở lên.
Bùn hoạt tính là có nhiệm vụ làm giảm nồng độ chất hữu
cơ (C và năng lượng) và vô cơ đến mức thấp nhất có thể.
Do vậy mà quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính phải
sống trong môi trường cạnh tranh gay gắt. Chỉ có quần
thể sinh vật nào có khả năng thích nghi tốt mới có thể
sống sót. Tuy nhiên loài chiếm ưu thế trong quần thể vi
sinh vật thường thay đổi do các yếu tố ảnh hưởng không
phải lúc nào cũng giống nhau. Nhưng dù là loài nào đi
chăng nữa thì cũng phản ảnh đầy đủ đặc điểm của hệ
thống bùn hoạt tính đó.
Quần thể chủ yếu của bùn hoạt tính là các vi khuẩn dị
dưỡng (ăn các chất vô cơ) như Pseudomonas,
Achromobacter, Alcaligenes, Arthrobacter,

Flavobacterium, Citromonas, Zooglea. Ngoài ra còn có
một số vi sinh vật khác như nấm, protozoa (động vật
nguyên sinh) và metazoa (động vật đa bào). Trong bùn
hoạt tính cũng có các hạt vô cơ và hữu cơ (từ nước thải),
các polymer ngoại bào (để tăng cường quá trình kết bông)
và các hạt dễ bay hơi. Tuy nhiên các vi sinh vật trong bùn
hoạt tính được chia làm 2 nhóm chính:
- Nhóm phân huỷ: chịu trách nhiệm phân huỷ các chất ô
nhiễm trong nước thải. Đại diện cho nhóm này gồm có vi
khuẩn, nấm, cynaphyta không màu. Một số động vật
nguyên sinh cũng có khả năng phân huỷ chất hữu cơ tan
nhưng các chất này phải ở nồng độ cao. Ngược lại chúng
sẽ không làm tốt công việc này như vi khuẩn.
- Nhóm tiêu thụ: có nhiệm vụ tiêu thụ các vi khuẩn và các
tế bào vi khuẩn, thường được gọi chung là chất nền.
Nhóm này chủ yếu là microfauna (động vật hiển vi) gồm
động vật nguyên sinh và động vật đa bào.
Khoảng 95% loài trong bùn hoạt tính làm chức năng phân
huỷ (trong đó chủ yếu là vi khuẩn). Qua đó ta thấy vai trò
loại bỏ chất bẩn của động vật hiển vi không đáng kể.

1.1.3. Sự tăng trưởng sinh khối
Vi sinh vật có thể sinh trưởng thêm nhiều nhờ sinh sản
phân đôi, sinh sản giới tính, nhưng chủ yếu chúng phát
triển bằng cách phân đôi. Thời gian cần để phân đôi tế
bào thường gọi là thời gian sinh sản, có thể dao động từ
dưới 20 phút đến hằng ngày.

Các giai đoạn sinh trưởng của vi khuẩn:
1.Giai đoạn tiềm tàng hay thích nghi (giai đoạn sinh

trưởng chậm - Lag phase): là giai đoạn vi khuẩn cần thời
gian để thích nghi với môi trường dinh dưỡng. Ở giai đoạn
này, nồng độ BOD trong nước thải cao, nồng độ oxy hoà
tan thấp. Nhóm protozoa có thể sống trong điều kiện này
là trùng biến hình (amoebae) và trùng roi (flagellates).
Trùng tiên mao (ciliated protozoa), trùng bánh xe (rotifers),
giun tròn sống tự do (free-living nematodes) cũng xuất
hiện ở giai đoạn này nhưng số lượng ít và khả năng hoạt
động không hiệu quả. Vì vậy, hiệu quả xử lý BOD trong
suốt pha lag không cao, nước thải bị đục.

2. Giai đoạn tăng sinh khối theo số mũ (Log phase): Ở
pha log vi khuẩn sản xuất ra nhiều enzym cần thiết để làm
giảm BOD và tổng hợp tế bào cần thiết cho quá trình sinh
trưởng. Có thể chia pha log thành hai giai đoạn nhỏ.
- Trong nửa giai đoạn đầu, tế bào vi khuẩn hấp thụ BOD
và hàm lượng bay hơi của MLSS tăng. Lúc này vi khuẩn
chưa sinh trưởng nhiều.
- Trong nửa giai đoạn còn lại, quá trình tổng hợp và sinh
trưởng xảy ra. Vi khuẩn sử dụng cBOD đã hấp thụ được
để sản sinh ra tế bào mới, số lượng vi khuẩn lúc này tăng
nhanh theo cấp số mũ. Hiệu quả xử lý BOD lúc này rất
cao. Nồng độ ô nhiễm trong nước thải giảm và nồng độ
oxy hòa tan tăng.
Số lượng trùng tiên mao bơi (free-swimming ciliates) tăng
nhanh trong suốt pha log và là động vật nguyên sinh đặc
trưng ở pha này, thời gian sinh trưởng của trùng tiên mao
bơi khoảng 24 giờ. Trong khi đó, trùng biến hình
(amoebae) và trùng roi (flagellates) không thể cạnh tranh
thức ăn với trùng tiên mao nên trong giai đoạn này số

lượng trùng biến hình và trùng roi giảm. Sự xuất hiện của
một lượng lớn trùng tiên mao bơi làm tăng hiệu quả xử lý,
chất lượng nước thải đầu ra được cải thiện đáng kể: nồng
độ BOD, nồng độ TSS và độ đục giảm. Ngoài ra, trùng
tiên mao bò, trùng tiên mao có cuống, trùng bánh xe, và
giun tròn sống tự do cũng xuất hiện nhưng số lượng rất ít.

3. Giai đoạn tăng trưởng chậm dần (Declining log phase):
Đây là giai đoạn quan trọng nhất đối với sự phát triển của
vi sinh vật cũng như sự hình thành bông bùn. Trong giai
đoạn này, có 2 điều kiện quan trọng để hình thành bông
bùn. Đầu tiên, phải có một lượng lớn vi khuẩn. Thứ hai,
các vi khuẩn này phải sản xuất ra một lượng lớn các sợi
tế bào cùng các polysaccarit và các hạt polyhydrobutyrate
(PHB). Các sợi tế bào, polyscaccarit và PHB chính là các
yếu tố hình thành bông bùn. Các sợi tế bào có kích thước
rất nhỏ (2 - 5nm), gồm nhiều gốc hoá học như cacbonxyl
(-COOH), hydroxyl (-OH), sulfhydryl (-SOOH) và
photphoryl (-POOH). Những gốc hoá học này sẽ bị ion
hoá trong khoảng pH tối ưu của bùn hoạt tính. Khi đó,
phân tử hydro sẽ tách ra, còn lại là các gốc ion âm (-
COO-, -O-, -SOO-, -POO-). Các gốc này hoạt động như
các ion âm, chúng sẽ kết hợp với các ion đa hoá trị trong
nước thải ví dụ như Ca2+ và liên kết các vi khuẩn lại với
nhau, hình thành bông bùn. pH là yếu tố quan trọng ảnh
hưởng đến mức độ ion hoá nên khi pH thay đổi sẽ ảnh
hưởng quá trình tạo bông bùn.
Nhiều loại polysaccarit không hòa tan được sản sinh trong
suốt quá trình tạo bông. Các polysaccarit này đóng vai trò
như chất kết dính để gắn kết các tế bào vi khuẩn lại với

nhau. Trong giai đoạn này, lượng sinh khối rất nhiều và đa
dạng, hiệu quả xử lý BOD cao. Số lượng trùng tiên mao
nhiều, trong đó chiếm ưu thế là trùng tiên mao bò
(crawling ciliated protozoa). Trùng tiên mao bơi không
nhiều vì ở giai đoạn này lượng vi khuẩn ít phân tán gây
khó khăn trong việc tìm thức ăn cho loài này.

4.Giai đoạn hô hấp nội bào (Endogenous phase): Trong
giai đoạn này xảy ra hiện tượng giảm dần sinh khối. Phần
lớn lượng BOD bị vi khuẩn phân hủy trong giai đoạn này
được sử dụng cho hoạt động sống của tế bào vi khuẩn
hơn là tổng hợp và sinh trưởng. Một điều thay đổi đáng kể
trong giai đoạn này là sự phát triển của các vi khuẩn dạng
sợi (filamentous). Bông bùn trong giai đoạn này cần có
một lượng vi khuẩn dạng sợi đủ để phát triển ở kích
thước trung bình (150 - 500mm) và kích thước lớn (>
500mm). Trong giai đoạn này, vi sinh đa dạng, do đó đẩy
nhanh hiệu quả xử lý. Ở giai đoạn này, nước thải đã được
xử lý gần hết, mức độ ô nhiễm giảm mạnh.
Số lượng trùng tiên mao bò và trùng tiên mao có cuống ở
giai đoạn này rất cao. Dưới những điều kiện tối ưu, số
lượng của chúng có thể là 50.000/ml. Trùng bánh xe và
giun tròn sống tự do cũng như những động vật đa bào
khác có thời gian phát sinh trưởng dài hơn so với động
vật nguyên sinh, thời gian sinh trưởng của chúng là vài
tuần. Thời gian này thường lâu hơn tuổi bùn của hầu hết
các quá trình bùn hoạt tính. Thời gian sinh trưởng dài
chính là một trong 2 yếu tố làm cho số lượng trùng bánh
xe không nhiều. Yếu tố thứ hai là do sự xáo động trong
môi trường bùn hoạt tính gây khó khăn cho vi sinh vật đực

và cái gặp nhau. Chúng sẽ tăng nhanh trong môi trường
ổn định và có tuổi bùn cao, thường là trong các hồ sinh
học.