Công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp yếm khí

Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
Mở đầu

Nớc là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá của con ngời. Nớc trong tự nhiên
bao gồm toàn bộ các đại dơng, biển vịnh sông hồ, ao suối, nớc ngầm, hơi nớc ẩm
trong đất và trong khí quyển. Trên trái đất khoảng 94% là nớc mặn, 2-3% là nớc
ngọt, nó chiếm một tỷ lệ rất nhỏ. Nớc ngọt dạng lỏng thờng ở các tầng ngầm, chiếm
khoảng 2,24% tổng lợng nớc ngọt. Nh vậy, chỉ có khoảng 0,03% lợng nớc trên hành
tinh là có thể sử dụng đợc.
Nớc cần cho mọi sự sống và phát triển. Nớc giúp cho các tế bào sinh vật trao
đổi chất, tham gia vào các phản ứng hoá sinh và tạo nên các tế bào mới. Vì vậy, có
thể nói rằng ở đâu có nớc là ở đó có sự sống.
Nớc đợc dùng cho đời sống, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và dịch vụ.
Sau khi sử dụng nớc trở thành nớc thải, bị ô nhiễm với các mức độ khác nhau. Ngày
nay, cùng với sự bùng nổ dân số và tốc độ phát triển cao của công nông nghiệp đã
để lại nhiều hậu quả phức tạp, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm môi trờng nớc. Vấn đề này
đang đợc nhiều sự quan tâm của mọi ngời, mọi quốc gia trên thế giới.
ở nớc ta hiện nay phần lớn nớc đợc thải ra sông hồ mà cha qua xử lý. Vì vậy,
dẫn đến tình trạng các con sông đó bị ô nhiễm bốc mùi khó chịu, làm mất cảnh quan
và ảnh hởng nghiêm trọng tới sức khoẻ của con ngời.
Hiện nay, ngời ta đã đa ra nhiều phơng pháp xử lý nớc thải sinh hoạt. Một
trong những phơng pháp đó là xử lý nớc thải bằng phơng pháp sinh học. Để góp
phần nhỏ vào việc bảo vệ môi trờng, trong bản khoá luận này bớc đầu chúng tôi
nghiên cứu công nghệ xử lý nớc thải sinh hoạt bằng phơng pháp yếm khí .
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
1
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
Chơng 1: tổng quan
ô nhiễm môi trờng nớc và các phơng pháp xử lý
Cùng với sự phát triển của nền văn minh nhân loại, nhu cầu về nớc ngày càng
nhiều, lợng nớc công nghiệp cũng nh lợng nớc sinh hoạt thải ra đa vào các nguồn n-

ớc tự nhiên ngày càng lớn, gây ô nhiễm đáng kể đến nớc bề mặt và môi trờng.
Để đánh giá chất lợng nớc cũng nh mức độ ô nhiễm nớc cần dựa vào một số
thông số cơ bản so sánh với các chỉ tiêu cho phép về thành phần hoá học và sinh học
đối với từng loại nớc sử dụng cho các mục đích khác nhau.
Các thông số cơ bản để đánh giá chất lợng nớc là: độ pH, mầu sắc, độ đục,
hàm lợng chất rắn, các chất lơ lửng (huyền phù ), các kim loại nặng, oxi hoà tan và
đặc biệt là hai chỉ số COD và BOD.
1.1. Các thông số biểu thị độ nhiễm bẩn của nớc thải sinh hoạt
1.1.1. Màu sắc[1,6]
Màu sắc của nớc là do các chất bẩn trong nớc gây nên. Màu sắc của nớc ảnh
hởng tới chất lợng của sản phẩm khi sử dụng nớc có mầu trong sản xuất.
Màu của nớc là do:
Các chất hữu cơ và phần chiết của thực vật gọi là mầu thực, màu này rất
khó xử lý bằng phơng pháp đơn giản. ví dụ các chất mùn humic làm nớc có màu
vàng, các loài thuỷ sinh, rong tảo làm nớc có màu xanh.
Các chất vô cơ là những hạt rắn có màu gây ra, gọi là màu kiến, màu này
xử lý đơn giản hơn. Ví dụ, các hợp chất của sắt hoá trị +3 không tan làm nớc có màu
nâu đỏ.
Cờng độ màu của nớc xác định bằng phơng pháp so màu sau khi đã lọc bỏ
các chất vẩn đục.
1.1.2. Mùi vị [1]
Nớc sạch không màu, không mùi, khôngvị. Nếu nớc có mùi vị khó chịu là triệu
chứng nớc bị ô nhiễm. Mùi vị trong nớc gây ra do hai nguyên nhân chủ yếu sau:
Do các sản phẩm phân huỷ các chất hữu cơ trong nớc.
Do nớc thải có chứa những chất khác nhau, màu mùi vị của nớc đặc trng
cho từng loại.
Mùi của nớc đợc xác định theo cờng độ qui ớc, ví dụ nếu mẫu nớc có mùi
nhẹ và pha loãng bằng nớc sạch đến thể tích bằng 1:1; mà mùi biến mất thì chỉ số
ngỡng có mùi (TON) bằng 1, còn nếu pha loãng gấp đôi mùi mới biến mất thì chỉ số
mùi bằng 2. Nếu pha loãng mùi gấp 4, 5, 8, 100 mùi mới biến mất thì chỉ số ngỡng

mùi tơng ứng là 4, 5, 8
1.1.3. Độ đục [1]
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
2
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
Nớc tự nhiên thờng bị vẩn đục do những hạt keo lơ lửng trong nớc, các hạt
keo này có thể là mùn, vi sinh vật, sét. Nớc đục làm giảm sự chiếu sáng của ánh
sáng mặt trời qua nớc. Độ đục của nớc đợc xác định bằng phơng pháp so độ đục với
một độ đục của một thang chuẩn.
1.1.4. Nhiệt độ [1]
Nguồn gốc ô nhiễm chính là nguồn nớc thải từ các bộ phận làm nguội ở các
nhà máy Nhiệt độ trong loại nớc thải này thờng cao hơn 10 -20
0
C so với nớc th-
ờng.
ở những vùng nhiệt đới nh nớc ta, nhiệt độ nớc thải vào sông, hồ tăng sẽ làm
giảm lợng oxy tan vào nớc và tăng nhu cầu oxy của cá lên hai lần, tăng nhiệt độ còn
xúc tiến sự phát triển của các sinh vật phù du.
Nhiệt độ nớc thờng đợc đo bằng nhiệt kế.
1.1.5. Chất rắn trong nớc [1]
Nớc có hàm lợng chất rắn cao là nớc kém chất lợng.
Chất rắn trong nớc gồm hai loại: chất rắn lơ lửng và chất rắn hoà tan, và tổng
hai chất rắn trên gọi là tổng chất rắn.
Chất rắn lơ lửng thờng làm cho nớc bị đục, là một phần của chất rắn có
trong nớc ở dạng không hoà tan. Căn cứ vào tổng hàm lợng chất rắn lơ lửng có trong
nớc, ta có thể xét đoán hàm lợng mùn, sét và những phần tử nhỏ khác có trong nớc.
Chúng có thể có hại vì làm giảm tầm nhìn của các động vật sống trong nớc và độ
dọi của ánh sáng mặt trời qua nớc. Tuy nhiên nớc có chất rắn lơ lửng là đất mùn
( nh nớc phù sa ) đợc dùng làm nớc tới cho nông nghiệp rất tốt.
Để xác định tổng chất rắn lơ lửng, mẫu nớc lấy về phải đợc làm ngay hoặc

phải đợc bảo quản ở 4
o
C nhằm ngăn ngừa sự phân huỷ chất hữu cơ bởi vi sinh vật.
Lấy một thể tích nớc nhất định, lọc qua giấy lọc đã biết khối lợng. Cặn trên giấy lọc
đem sấy khô ở 105
o
C ( thờng dùng 180
o
C ), cân và tính ra mg/l.
Chất rắn hoà tan, mắt thờng không nhìn thấy đợc, thờng làm cho nớc có
mùi, vị khó chịu, đôi khi cũng làm cho nớc có màu. Các chất rắn tan trong nớc th-
ờng là các chất khoáng vô cơ và đôi khi cả một số chất hữu cơ nh các muối clorua,
cacbonat, hiđrocacbonat, nitrat, sunfat, phôtphat của một số kim loại nh Na, K,
Ca, Mg, Fe, ,các phân bón.
Nớc có hàm lợng các chất rắn hoà tan cao không dùng trong sinh hoạt đợc,
không dùng để tới trong nông nghiệp trong thời gian dài đợc vì sẽ gây mặn cho đất.
Nớc có chứa nhiều chất rắn tan có thể dẫn tới các vi sinh vật trong nớc bị hoại sinh,
oxi bị tiêu thụ nhiều và nớc trở nên kị khí, dẫn đến hậu quả cá bị chết và do quá
trình kị khí chiếm u thế nên giải phóng các bọt khí nh CO
2
, NH
3
, H
2
S, CH
4
làm
cho nớc có mùi. Nớc có hàm lợng các chất tan lớn cũng không dùng đợc trong công
nghiệp vì các chất rắn sẽ dẫn đến đóng cặn trong bể chứa, nồi hơi, máy móc, gây ra
ăn mòn kim loại

Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
3
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
Để xác định tổng hàm lợng các chất rắn tan trong nớc, ta lọc mẫu nớc qua
giấy lọc băng xanh để tách những phần tử lơ lửng không tan trong nớc. Lấy 250ml
nớc đã lọc, làm bay hơi trên bếp cách thuỷ đến cạn khô, sau đó sấy cặn ở 180
o
C,
đem cân cặn và tính tổng hàm lợng chất rắn tan có trong nớc ra mg/l.
1.1.6. Độ dẫn điện [1]
Các muối tan trong nớc tồn tại ở các dạng ion nên làm cho nớc có khả năng
dẫn điện. Độ dẫn điện của nớc phụ thuộc vào nồng độ, tính linh động và hoá trị của
các ion ( ở nhiệt độ nhất định). Nh vậy khả năng dẫn điện của nớc phản ánh hàm l-
ợng chất rắn tan trong nớc.
Để xác định độ dẫn điện ngời ta đo điện trở hoặc dùng máy đo độ dẫn trực
tiếp với đơn vị là milisimen (mS). Độ dẫn điện của mẫu nớc đợc so với độ dẫn điện
của dung dịch chuẩn KCl. ở 25
o
C độ dẫn điện tơng ứng của dung dịch KCl với các
nồng độ khác nhau nh sau :
Dung dịch 0,001M KCl có độ dẫn điện tơng ứng là 141 mS
Dung dịch 0,01M KCl có độ dẫn điện tơng ứng là 147,3 mS
Dung dịch 0,05M KCl có độ dẫn điện tơng ứng là 666,8 mS
Dung dịch 0,1M KCl có độ dẫn điện tơng ứng là 1290,0 mS
1.1.7. Độ cứng của nớc [1]
Độ cứng của nớc do các kim loại kiềm thổ, chủ yếu là canxi và magie gây
nên. Nớc cứng thờng không đợc gọi là ô nhiễm vì không gây hại tới sức khoẻ con
ngời. Nhng nớc cứng lại gây nên hàng loạt các hậu quả: nớc cứng pha chè không
ngấm, xà phòng không tạo bọt vì xà phòng tạo kết tủa với ion Ca
2+

, Mg
2+
. Độ cứng
có hai dạng :
Độ cứng tạm thời do muối hidrocacbonat của canxi và magie tạo nên. Độ
cứng này sẽ mất khi đun sôi nớc vì các muối này bị phân huỷ tạo thành kết tủa, đó là
dạng đóng cắn ở đáy và thành ấm đun nớc.
Độ cứng vĩnh cửu do các muối clorua, sunfat, nitrat của canxi và magiê
tạo nên.
Độ cứng thờng đợc biểu thị bằng số milimol của các ion canxi và magiê có
trong một lít nớc (trớc đây thờng đợc biểu thị bằng số mg CaO/lit hay bằng số mg
CaCO
3
/lit).
Để xác định độ cứng của nớc ngời ta thờng dùng phơng pháp chuẩn độ
complexom với dung dịch đệm NH
3
+ NH
4
Cl có pH =10. Với chất chỉ thị là
Eriocrom T đen.
1.1.8. Độ axit [1]
Độ axit đợc định nghĩa là hàm lợng của các chất có trong nớc tham gia phản
ứng với kiềm mạnh (NaOH hay KOH). Độ axit của nớc đợc xác định bằng lợng
kiềm đợc dùng để trung hoà nớc.
Đối với các loại nớc thiên nhiên thờng gặp, độ axit của nớc phụ thuộc vào l-
ợng CO
2
trong nớc. Các chất mùn và các axit hữu cơ có trong nớc cũng tạo nên một
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học

4
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
phần độ axit của nớc thiên nhiên. Trong tất cả các trờng hợp đó, pH của nớc thờng
không nhỏ hơn 4,5.
Đối với nớc thải, chứa các loại axit mạnh tự do chứa các muối tạo bởi axit
mạnh và bazơ yếu sẽ dẫn đến độ axit của nớc cao. Trong những trờng hợp này pH
của nớc không lớn hơn 4,5.
Để xác định độ axit của nớc, ngời ta chuẩn độ nớc bằng dung dịch chuẩn
NaOH hay KOH, lợng dung dịch kiềm tiêu tốn cho quá trình chuẩn độ với chất chỉ
thị là metyl da cam tơng ứng với lợng axit tự do của nớc, còn nếu dùng chất chỉ thị
là phenolphtalein thì tơng ứng với độ axit chung của nớc. Nếu pH của nớc 8,3 thì
độ axit của nó bằng không.
1.1.8.1.Độ kiềm [1]
Độ kiềm đợc định nghĩa là hàm lợng của các chất có trong nớc phản ứng với
các axit mạnh. Để xác định độ kiềm của nớc ngời ta sử dụng phơng pháp chuẩn độ
nớc bằng dung dịch axit mạnh.
Đối với nớc thiên nhiên, độ kiềm của nó phụ thuộc chủ yếu vào hàm lợng
muối cacbonat, hidrocacbonat của các kim loại kiềm thổ. Trong trờng hợp này pH
của nớc thờng 8,3.
Để xác định độ kiềm của nớc, ngời ta chuẩn độ mẫu nớc bằng dung dịch
chuẩn HCl, lợng dung dịch axit tiêu tốn cho quá trình chuẩn độ với chất chị thị là
phenolphlalein (pH
tđ
) tơng ứng với lợng kiềm tự do chất chỉ thị là metyl da cam
(pH
tđ
= 4,5). Tơng ứng với độ kiềm toàn phần của nớc.
Để xác định độ pH của nớc ngời ta thờng dùng máy đo pH.
1.1.9. Oxi hoà tan trong nớc (DO: dissoled oxygen) [1]
Oxi tan trong nớc rất ít. Độ tan bão hoà của oxi trong nớc sạch ở O

0
C vào
khoảng 14-15 ppm (hay mg/l). Thông thờng nớc ít bão hoà oxi mà chỉ có 70-80% so
với mức bão hoà. Đôi khi do các thực vật nổi và các loại thực vật sống trong nớc
thực hiện quá trình quang hợp mạnh nên giải phóng ra oxi nhiều làm cho oxi trong
nớc đạt trên mức bão hoà (200% gọi là siêu bão hoà ).
ở các hệ sinh thái nớc, trừ ban ngày có quá trình quang hợp xảy ra mạnh còn
nói chung DO là nhân tố hạn chế và đôi khi gây nên tình trạng thiếu oxi và làm chết
các sinh vật ở nớc.
Trị số DO cho biết mức độ ô nhiễm của nguồn nớc, ví dụ khi có nhiều chất
hữu cơ trong nớc thì DO giảm đáng kể. Nớc bình thờng có giá trị DO là 14-16 mg/l,
nếu thấp hơn giá trị này là nớc ô nhiễm.
Trị số DO cho biết mức độ ô nhiễm của nguồn nớc, ví dụ khi có nhiều chất
hữu cơ trong nớc thì DO giảm đáng kể. Nớc bình thờng có giá trị DO là 14-16 mg/l,
nếu thấp hơn giá trị này là nớc ô nhiễm.
1.1.11. Nhu cầu oxi sinh hoá (BOD: Biochemical Oxygen Demand) [1]
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
5
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
BOD là lợng oxi vi sinh vật đã sử dụng trong quá trình oxi hoá các chất hữu
cơ.
Chất hữu cơ + O
2
vi sinh vật

CO
2
+ H
2
O + sản

phẩm cố định
Oxy sử dụng trong quá trình này là oxy hoà tan trong nớc .
Chỉ tiêu BOD là chỉ tiêu thông dụng nhất để đánh giá mức độ ô nhiễm của
một nguồn thải. Nó biểu thị cho lợng chất hữu có thể bị phân huỷ bởi vi sinh vật .
Chỉ số BOD cao chứng tỏ lợng chất hữu cơ là chất bẩn có khả năng phân huỷ
sinh học trong nớc càng lớn.
Trong thực tế ngời ta không thể xác định lợng oxy hoá hoàn toàn chất hữu cơ
bởi vi sinh vật vì đòi hỏi phải phải có nhiều thời gian. Vì vậy để xác định gần đúng
giá trị BOD ngời ta chỉ cần xác định trong 5 ngày và có kí hiệu BOD
5
.
1.1.12. Nhu cầu oxi hoá học (COD:Chemical Oxygen Demand) [1]
COD là lợng oxi cần thiết cho quá trình oxi hoá hoá học các chất hữu cơ có
trong nớc thành CO
2
và H
2
O.
COD là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá sự ô nhiễm nớc vì nó cho biết
hàm lợng chất hữu cơ có trong nớc.
Chỉ số COD biểu thị cả lợng chất hữu cơ không thể oxi hoá bằng vi sinh vật,
do đó giá trị COD bao giờ cao hơn giá trị BOD.
Ngoài BOD và COD, ngời ta thờng dùng một số chỉ số khác để đo hàm lợng
các chất hữu cơ trong nớc nh: tổng cacbon hữu cơ (TOC- Total Organic Cacbon) và
nhu cầu theo lý thuyết (ThOD: Theoretical Oxygen Demand) . TOC chỉ dùng đợc
khi hàm lợng các chất hữu cơ có trong nớc thải tạo thành CO
2
+ H
2
O, nhng đại lợng

này chỉ tính đợc khi biết công thức hóa học của các chất hữu cơ, mà các chất hữu cơ
có trong nớc rất phức tạp nên không thể tính đợc nhu cầu oxy theo lý thuyết nhng
chắc chắn là:
ThOD > COD > BOD
cuối
> BOD
5
.
Bảng1. Tiêu chuẩn chất lợng nớc mặt TCVN 5942 1995 [5]
STT Thông số Đơn vị
Giá trị giới hạn
A B
1 pH 6 8,5 5,5 9
2 BOD
5
mg/l > 4 < 25
3
COD mg/l
10 35
4
Oxi hoà tan mg/l
6 2
5 Chất rắn lơ lửng mg/l 20 80
6 Asen mg/l 0,05 0,1
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
6
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
7 Bari mg/l 1 4
8 Cađimi mg/l 0,01 0,02
9 Chì mg/l 0,05 0,1

10 Crom (VI) mg/l 0,05 0,05
11 Crom (III) mg/l 0,1 1
12 Đồng mg/l 0,1 1
13 Kẽm mg/l 1 2
14 Mangan mg/l 0,1 0,8
15 Niken mg/l 0,1 1
16 Sắt mg/l 1 2
17 Thuỷ ngân mg/l 0,001 0,002
18 Thiếc mg/l 1 2
19 Amoni (tính theo N ) mg/l 0,05 1
20 Florua mg/l 1 1,5
21 Nitrat (tính theo N) mg/l 10 15
22 Nitrit (tính theo N) mg/l 0,01 0,05
23 Xianua mg/l 0,01 0,05
24 Phenol (Tổng số) mg/l 0,001 0,02
25 Dầu, mỡ mg/l Không 0,3
26 Chất tẩy rửa mg/l 0,5 0,5
27
Tổng hoá chất bảo vệ thực
vật (trừ DDT)
mg/l
0,15 0,15
28 DDT mg/l 0,01 0,01
29 Coliform MPN/100ml 5000 10000
30 Tổng hoạt độ phóng xạ Bq / l 0,1 0,1
31 Tổng hoạt độ phóng xạ Bq /l 10 1,0
Chú thích: Cột A áp dụng đối với nớc mặt có thể dùng làm nguồn cấp nớc
sinh hoạt (nhng phải qua quá trình xử lí theo quy định).
Cột B áp dụng đối với nớc mặt dùng cho các mục đính khác. Nớc
dùng cho nông nghiệp và nuôi trồng thuỷ sản có quy định riêng.

1.2. Các phơng pháp cơ-lý-hóa xử lý nớc thải
1.2.1. Phơng pháp lắng và đông tụ [3]
Nớc thải đợc đa vào bể chứa lắng các chất rắn. Thông thờng các chất lơ lửng
lắng rất chậm hoặc khó lắng. Để tăng vận tốc lắng các chất này ngời ta dùng một số
hóa chất sau làm tác nhân kết lắng.
-
Phèn Al
2
(SO
4
)
3
. n H
2
O ( n = 13 -18);
-
Sô đa kết hợp với phèn: Na
2
CO
3
+ Al
2
(SO
4
)
3 ;
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
7
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
-

Sắt sunfát FeSO
4
.7H
2
O;
-
Nớc vôi Ca(OH)
2
;
-
Natri aluminat Na
2
Al
2
O
4
;
-
Sắt (III) clorua và sắt (III) sunfat;
-
Dùng phèn thì phản ứng tạo photphat kết lắng nh sau:
Al
2
(SO
4
) + 2 PO
4
3-
2 AlPO
4

+ 3 SO
4
2-
pH tối u 5,6-8
- Dùng vôi loại bicacbonat, cacbonat photphat và magie theo các phản ứng
sau:
Ca(OH)
2
+ Ca(HCO
3
)
2
2 CaCO
3
+ 2 H
2
O
Ca(OH)
2
+ H
2
CO
3
CaCO
3
+

H
2
O

- Dùng sắt (III) clorua để tạo phôtphat
FeCl
3
+6H
2
O +PO
4
3-
FePO
4
+3 Cl
-
+ 6H
2
O
- Dùng natri aluminat để loại photphat
Na
2
Al
2
O
4
+2 PO
4
3-
+4 H
2
O

2AlPO

4
+ 2NaOH + 6OH
-

Những chất kết lắng thành bùn và trong bùn chứa nhiều hợp chất khó tan.
Việc sử dụng bùn này làm phân bón có thể làm cho cây trồng khó tiêu hóa.
1.2.2. Phơng pháp hấp phụ [3]
Phơng pháp này dựa trên nguyên tắc là các chất ô nhiễm tan trong nớc có thể
đợc hấp phụ trên bề mặt một số chất rắn ( chất hấp phụ). Các chất hấp phụ thờng
dùng trong mục đích này là than hoạt tính dạng hạt hoặc dạng bột, than bùn sấy khô
hoặc có thể là đất sét hoạt tính diatomit, betomit.
Các chất hữu cơ kim loại nặng và các chất màu dễ bị hấp phụ. Lợng chất hấp
phụ sử dụng tùy thuộc vào khả năng hấp phụ của từng chất và hàm lợng chất bẩn có
ở trong nớc. Phơng pháp này có tác dụng tốt có thể hấp phụ đợc 85-95% các chất
hữu cơ và màu.
Để loại bỏ kim loại nặng, các chất hữu cơ, vô cơ độc hại ngời ta dùng than
bùn để hấp phụ và nuôi bèo tây trên mặt hồ.
1.2.3. Phơng pháp trung hòa [3]
Nớc có độ axit cao cần cho qua lọc với vật liệu lọc có tính kiềm nh với vôi,
đá vôi đolomit hoặc dùng nớc vôi trung hoà trực tiếp. Cũng có khi dùng dung dịch
kiềm (NaOH hoặc Na
2
CO
3
) vào mục đích này.
Nớc thải có độ axít cao cần cho qua lọc với vật liệu lọc có tính kiềm nh với vôi, đá
vôi đolomit hoặc dùng nớc vôi trung hòa trực tiếp. Cũng có khi dùng dung dịch
kiềm ( NaOH hoặc Na
2
CO

3
) vào mục đích này.
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
8
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
Nớc thải có tính kiềm dùng axít kỹ thuật pha loãng để trung hòa. Trớc khi
trung hòa cần chuẩn bị và tính toán sao cho sau khi trung hòa đợc độ pH của nớc
mong muốn với lợng hóa chất vừa đủ.
1.2.4. Phơng pháp dùng chất sát khuẩn [3]
Nớc thải sau khi xử lý bằng các biện pháp cần thiết trớc khi đa vào sông hồ
hoặc các nguồn nớc khác, cũng nh quay lại để cấp nớc sinh hoạt phải cần sát khuẩn.
Chất sát khuẩn cần dùng và không gây độc hại là khí clo (Cl
2
). Việc clo hóa nhằm
mục đích diệt các vi sinh vật tảo và làm giảm mùi của nớc. Các hợp chất clo dùng ở
đây là clo lỏng đợc chứa trong các bình thép (bom clo) vôi clorua có độ hoạt động
của clo là 25 - 35% các hypoclorit NaOCl, Ca(OCl)
2
vừa có hoạt tính của clo vừa có
hoạt tính oxy hóa nên có thể phân hủy nhiều chất độc hữu cơ thành chất không độc.
1.2.5. Các bể chứa và lắng [3]
Các bể này có thể là bể bê tông hoặc ao hồ đợc gia cố nền móng sao cho nớc
thải ít ngấm vào các tầng đất sâu. Nớc thải vào các bể này và đợc lu lại trong thời
gian 2 - 10
h
. Thực tế đây là sự mô phỏng quá trình lắng đọng tự nhiên của nớc trong
các thủy vực. Sau thời gian 3 h thì hầu hết các chất rắn dễ lắng và 30 - 40% những
chất rắn ở dạng lơ lửng huyền phù đợc lắng xuống đáy bể.
Phần nớc ở trên đợc đa vào các qúa trình xử lý tích cực với các phơng pháp
lên men, hiếu khí, thiếu khí hoặc kị khí tùy tiện.

Các phần lắng cắn tùy từng công đoạn có thể làm phân bón cho cây trồng
hoặc đem thiêu hủy.
1.3. Xử lý nớc thải bằng phơng pháp sinh học
1.3.1. Nguyên lý chung [4]
Phơng pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ
các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nớc thải. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu
cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dỡng và tạo năng lợng. Trong qúa trình
dinh dỡng, chúng nhận các chất dinh dỡng để xây dựng tế bào, sinh trởng và sinh
sản nên sinh khối của chúng đợc tăng lên. Qúa trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ
vi sinh vật gọi là qúa trình oxy hóa sinh hóa.
Để thực hiện qúa trình oxy hoá sinh hóa, các chất hữu cơ hòa tan, cả các chất
keo và phân tán nhỏ trong nớc thải cần đợc di chuyển vào bên trong tế bào của vi
sinh vật. Theo quan điểm hiện đại nhất, qúa trình xử lý nớc thải hay nói đúng hơn là
việc thu hồi các chất bẩn từ nớc thải và việc vi sinh vật hấp phụ các chất bẩn đó là
một qúa trình gồm ba giai đoạn:
Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi sinh
vật do khuếch tán đối lu và phân tử.
Di chuyển chất từ bề mặt ngoài tế bào qua màng bán thấm bằng khuếch
tán do sự chênh lệch nồng độ các chất ở trong và ngoài tế bào.
Quá trình chuyển hóa các chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinh
năng lợng và qúa trình tổng hợp các chất mới của tế bào với sự hấp thụ năng lợng.
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
9
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
Các giai đoạn trên có quan hệ rất chặt chẽ với nhau và qúa trình chuyển hóa
các chất đóng vai trò chính trong qúa trình xử lý nớc thải.
Ngời ta có thể phân loại các phơng pháp sinh học dựa trên các cơ sơ khác
nhau. Song nhìn chung có thể chia chúng thành hai loại chính sau: xử lý sinh học
hiếu khí và xử lý sinh học yếm khí
1.3.2. Phơng pháp hiếu khí [2,4 ]

Đây là phơng pháp xử lý sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí. Để đảm bảo
hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxy liên tục và duy trì nhiệt độ trong
khoảng 20 đến 40
0
C.
Phơng trình tổng quát các phản ứng tổng hợp của quá trình oxy hoá sinh hóa
ở điều kiện hiếu khí nh sau:
C
x
H
y
O
z
N +(x+y/4- z/2 - 3/4) O
2
vi sinh vật
x CO
2
+ (y-3) /2 H
2
O +
NH
3
+ H (1)
C
x
H
y
O
z

N + NH
3
+ O
2
vi sinh vật
C
5
H
7
NO
2
+ CO
2
+ H
(2)
Trong phản ứng trên, C
x
H
y
O
z
N là tất cả các chất hữu cơ của nớc thải, còn
C
5
H
7
NO
2
là công thức theo tỷ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế bào vi sinh
vật, H là năng lợng.

Phản ứng (1) là phản ứng oxy hoá các chất hữu cơ để đáp ứng nhu cầu năng l-
ợng của tế bào, còn phải ứng (2) là phản ứng tổng hợp để xây dựng tế bào. Lợng oxy
tiêu tốn cho các phản ứng này là tổng BOD của nớc thải.
Nếu tiếp tục tiến hành quá trình oxy hoá thì không đủ chất dinh dỗng, quá
trình chuyển hoá các chất của tế bào xảy ra theo giai đoạn sau:
C
5
H
7
NO
2
+ 5 O
2

vi sinh vật


5 CO
2
+ NH
3
+ 2
H
2
O + H
NH
3
+ O
2

vi sinh vật
HNO
2
+ O
2
vi sinh vật

HNO
3

Tổng lợng oxy tiêu tốn cho bốn phản ứng trên gần gấp hai lần lợng oxy tiêu
tốn của hai phản ứng đầu. Từ các phản ứng trên thấy rõ sự chuyển hoá hoá học là
nguồn năng lợng cần thiết cho các vi sinh vật.
Các yếu tố chính ảnh hởng đến quá trình phân huỷ hiếu khí:
pH: Đây là yếu tố có ảnh hởng rất nhiều đến quá trình xử lý. Khoảng pH
tối u cho quá trình xử lý thờng là nằm gần vùng trung tính.
Lợng oxy cung cấp cho quá trình xử lý phụ thuộc nhiều vào sự khuấy
trộn, sục khí, Lợng oxy cung cấp càng nhiều thì càng làm tăng tốc độ quá trình xử
lý.
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
10
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
Nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ oxy hóa tăng. Trong thực tế nhiệt
độ nớc thải trong hệ thống xử lý đợc duy trì trong khoảng 20
o
C đến 30
o
C. Khi nhiệt
độ tăng quá ngỡng vi khuẩn sẽ bị chết, còn ở nhiệt độ thấp thì tốc độ xử lý sẽ giảm,
quá trình thích nghi của vi sinh vật với môi trờng mới sẽ bị chậm lại.

Các nguyên tố dinh dỡng và vi lợng: Để có phản ứng sinh hóa nớc thải
cần chứa các hợp chất của các nguyên tố dinh dỡng và vi lợng. Đó là các nguyên tố
N, P, K, Mg, Ca, Na, Cl, Fe, Mn, Trong đó N, K, P là các nguyên tố chủ yếu.
1.3.3. Phơng pháp yếm khí
1.3.3.1. Nguyên lý chung [2,3,4]
Đây là phơng pháp sử dụng các vi sinh vật yếm khí.
(CHO)
n
NS + O
2
CO
2
+ H
2
O + sinh khối vi sinh + sản phẩm chính + các chất
trung gian + CH
4
+ H
2
+ NH
4
+
+ H
2
S + năng lợng.
ở điều kiện yếm khí sinh khối vi sinh vật đợc tạo thành ít, ngoài các chất
trung gian tới (70%) có một sản đợc quan tâm nhiều là metan. Vì ngời ta cũng dựa
vào qui trình này để thu metan và quá trình này còn đợc gọi là lên men metan.
Các phơng pháp yếm khí đợc dùng để lên men bùn cặn sinh ra trong quá
trình xử lý bằng phơng pháp sinh học, cũng nh nớc thải công nghiệp chứa hàm lợng

các chất hữu cơ cao (BOD = 4 ữ 5 g/l). Đây là phơng pháp cổ điển nhất dùng để ổn
định bùn cặn, trong đó các vi khuẩn yếm khí phân huỷ các chất hữu cơ.
Tuỳ thuộc vào loại sản phẩm cuối cùng, ngời ta phân loại quá trình này
thành: lên men rợu, lên men axit lactic, lên men metan Những sản phẩm cuối cùng
của quá trình lên men là: cồn, các axit, axeton, khí CO
2
, H
2
, CH
4
.
Để xử lý nớc thải ngời ta sử dụng quá trình lên men khí metan. Đó là quá
trình phức tạp, diễn ra theo nhiều giai đoạn. Cơ chế của quá trình này cha đợc biết
đến một cách chính xác và đầy đủ. Nhng ngời ta giải thích quá trình lên men khí
metan gồm hai pha: pha axit và pha kiềm ( hay pha metan).
Trong pha axit. Các vi khuẩn tạo axit (bao gồm các vi khuẩn tuỳ tiện và vi
khuẩn yếm khí) hóa lỏng chất rắn hữu cơ sau đó lên men các chất hữu cơ phức tạp
đó tạo thành các axit bậc thấp nh axit béo, cồn, axit amin, amoniac, glyxerin, axeton
đihydrosunfua, CO
2
, H
2
.
Các vi khuẩn kị khí thờng là vi khuẩn gram âm, không hình thành bào tử
phân huỷ polysacarit để biến thành axit axetic, axit butyric và CO
2
. Có tới 30% số
chủng loại đã phân lập có khả năng tạo thành hydro. Thành phần loài phụ thuộc vào
sự thay đổi của môi trờng.
Khi có mặt xenlulo, các vi khuẩn sau đây sẽ chiếm đa số: Bacillus cereus, B.

megateruim, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas riboflavina, Ps. reptilovora,
Leptespira biflexa, Alcaligenes faecalis và Proteus vulgraris. Các vi khuẩn này đã đ-
ợc phân lập từ bể tiêu hoá kị khí sinh metan.
Phế liệu giàu tinh bột tạo điều kiện cho Micrococcus candidus, M varians, M.
urea, Bacillus cereus, B. megaterium và Pseudomonas spp sinh trởng và phát triển.
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
11
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
Phế liệu giàu protein thích hợp cho quần thể vi khuẩn sau đây: Clostridium,
Bacillus cereus, B. circulans B. sphaericus, B. subtilis, Micrococcus varians,
Escherichia coli, Baracolo beterium intermedium, Pseudomonas coliforme và
Pseudomonas spp.
Dầu béo thực vật kích thích sinh trởng của Micrococcus, Bacillus,
Streptomyces, Alcaligenes và Pseudomonas tại các bể tiêu hoá kị khí.
Trong số vi khuẩn phân huỷ protein, cần chú ý đến giống Clostridium. Chúng
có khá nhiều trong nớc thải chứa protein. Các loài thuộc giống này kị khí, phân huỷ
rất mạnh protein và chia thành 3 nhóm:
Clostridium nhóm I (Clostridium butylicum) phân huỷ trực tiếp tinh bột,
sinh axit axetic chủ yếu là axit butylic.
Clostridium nhóm II phân huỷ protein sinh axit izovaleric và axit axetic.
Clostridium nhóm III (Clostridium perfringens), phân huỷ protein, không
phân huỷ đờng, thu nhận năng lợng từ chuyển hoá các axit amin.
Bảng2. Một số vi khuẩn sinh axit hữu cơ
Tên vi khuẩn pH
Nhiệt độ
(t
o
C)
Sản phẩm
Bacillus cereus 5.2 25 - 35 Axetic, lactic

Bacillus knolfekampi 5.2 - 8.0 25 - 35 Axetic, lactic
Bacillus megaterium 5.2 - 7.5 28 - 35 Axetic, lactic
Bacteroides succinigenes 5.2 - 7.5 25 - 35 Axetic, sucxicnic
Clostridium carnefectium 5.0 - 8.5 25 - 37 Formic, axetic
Clostridium cellobinharus 5.0 - 8.5 36 - 38 Lactic, etanol, CO
2
Clostridium dissolvens 5.0 - 8.5 35 -51 Formic, axeitc
Clostridium dissolvens 5.0 - 8.5 35 - 51 Lactic, sucxinic
Clostridium dissolvens 5.0 - 8.5 35 - 51 Formic, axetic
Clostridium
thermocellulaseum
5.0 - 8.5 55 - 65
Lactic, sucxinic,
etanol
Pseudomonas
2
3 - 42
Lactic, axetic, lactic,
sucxinic, etanol
Ruminococcus sp
2
33 - 48
Formic, axetic,
sucxinic
Trong pha kiềm. Các vi khuẩn tạo metan chỉ gồm các vi khuẩn yếm khí
chuyển hoá các sản phẩm trung gian trên tạo thành CO
2
và CH
4
.

Những vi khuẩn này sống kị khí nghiêm ngặt, rất mẫn cảm với oxi, sinh trởng
và phát triển rất chậm. Vi khuẩn sinh metan đợc chia thành 4 giống theo hình thái và
khả năng bào tử:
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
12
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
Methanobacterium hình que, không sinh bào tử .
Methanobacillus hình que, sinh bào tử .
Methanococcus tế bào hình cầu, đứng riêng rẽ, không kết thành chuỗi.
Methanosarsina tế bào hình cầu, kết thành chuỗi hoặc khối.
Đặc điểm của quá trình sinh metan là do tác dụng của một quần thể vi khuẩn.
Các loài vi khuẩn sinh metan nói chung có đặc tính gram âm, không di động, đa số
sinh bào tử và kị khí rất nghiêm ngặt. Chúng có thể sử dụng NH
3
làm nguồn nitơ.
Chúng phát triển rất chậm. Sau khi cấy trên môi trờng dinh dỡng vài tuần mới phát
triển thành những dạng hoạt động.
Những vi khuẩn sinh metan rất nhạy cảm với môi trờng, đặc biệt là rất bị ức
chế bởi sự có mặt của các kim loại có trong môi trờng.
Nguồn cacbon của chúng là các hợp chất hữu cơ, vô cơ đơn giản, nh các axit
focmic, butiric, propionic, axetic, rợu metanol, etanol, khí H
2
, CO
2
, CO. Để các vi
khuẩn metan phát triển bình thờng trong môi trờng cần phải có đủ CO
2
và các chất
chứa nitơ. Nếu trờng hợp môi trờng lên men thiếu thì phải bổ sung. Nguồn nitơ tốt
nhất đối với vi khuẩn metan là amon cacbonat và amon clorua. Đặc biệt là vi khuẩn

metan không sử dụng nitơ trong các axit amin. Để quá trình lên men tiến hành bình
thờng thì lợng nitơ cần thiết trong môi trờng theo tỉ lệ sau: C/N là 20:1.
Bảng 3. Một số vi khuẩn sinh metan
Tên vi khuẩn pH
Nhiệt độ
(
0
C)
Axit bị chuyển hoá
Methanobacterium
omelianskii
6,5 - 8 37 - 40 CO
2
, H
2
, rợu I và II
Methanopropionicum Axit propionic
Methanoformicum H
2
, CO
2
, formic axit
Methanosochngenii Axit axetic
Methanosuboxydans
Axit butyric, axit
valeric, caprionic
Methanoruminanticum H
2
, axit formic
Methanococcus vanirielii 1,4 - 9,0 Axit formic và H

2
Methanococcuss mazei 30 - 37 Axit axetic, axit butyric
Methanosarcina
methanica
35 -37 Axit axetic, butyric
Methanosarcina barkerli 7,0 30
CO
2
, H
2
, axit axetic,
metanol
Do các phản ứng thuỷ phân và các phản ứng oxy hóa khử xảy ra một cách
nhanh chóng và đồng bộ trong cùng một pha nên sự sắp xếp các phản ứng khi không
có sự tham gia của oxy nêu trên chỉ mang tính quy ớc. Nhu cầu oxy sinh học của
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
13
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
toàn bộ quá trình gần nh bằng không. Do sinh nhiều axit nên độ pH của môi trờng
có thể giảm mạnh.
Phản ứng chính tạo thành metan có thể xảy ra nh sau:
CO
2
+ 4 H
2
A CH
4
+ 4 A + 2 H
2
O

trong đó H
2
A là chất hữu cơ chứa hydro.
Cũng có thể xảy ra các phản ứng khác (khi có và khi không có hydro ):
CO + 3 H
2
CH
4
+ H
2
O
4 CO + 2 H
2
O 3 CO
2
+ CH
4
Metan có thể đợc tạo thành do phân rã axit axetic:
CH
3
COOH CH
4
+ CO
2
CO
2
+ H
2
CH
4

+ 2 H
2
O
Trong qúa trình xử lý nớc thải công nghiệp chứa SO
4
2-
, ở điều kiện yếm khí ,
vi khuẩn khử sunfat sẽ khử SO
4
2-
thành H
2
S nh sau:
5 H
2
A + SO
4
2-
5 A + H
2
S + 4 H
2
O
Ngoài ra còn có cả quá trình đề nitrat hoá:
6 H
2
A + 2 NO
3
-
6 A + H

2
O + N
2

Tóm lại quá trình lên men metan gồm ba giai đoạn:
Giai đoạn lỏng hoá nguyên liệu đầu để vi khuẩn dễ sử dụng các chất dinh
dỡng.
Giai đoạn tạo thành axit:
H
2
A các axit hữu cơ (CH
3
COOH, C
2
H
5
COOH, C
3
H
7
COOH)
Giai đoạn tạo thành mêtan:
Các axit hữu cơ CH
4
+ CO
2
Các yếu tố chính ảnh hởng tới hiệu suất quá trình phân huỷ yếm khí tạo khí
mêtan:
Nhiệt độ: Nhiệt độ là yếu tố điều tiết cờng độ của quá trình. Nhiệt độ tối u
cho quá trình này là 35

0
C. Nh vậy quá trình có thể thực hiện ở điều kiện ấm (30 ữ
35
0
C) hoặc nóng (50 ữ 55
0
C). Khi nhiệt độ dới 10
0
C vi khuẩn tạo metan hầu nh
không hoạt động.
Liều lợng nạp nguyên liệu (bùn) và mức độ khuấy trộn: Nguyên liệu nạp
cho quá trình cần có hàm lợng chất rắn 7 ữ 9%. Tác dụng của khuấy trộn là phân bố
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
14
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
đều dinh dỡng và tạo điều kiện tiếp xúc tốt với các vi sinh vật và giải phóng khi sản
phẩm ra khỏi hỗn hợp lỏng rắn.
Tỷ số C/N: Tỷ số C/N tối u cho quá trình là (25 ữ 30).
pH: pH tối u cho quá trình dao động trong phạm vi rất hẹp, từ 6,5 đến7,5.
Do lợng vi khuẩn tạo ra bao giờ cũng bị giảm trớc khi quan sát thấy pH thay đổi,
nên nếu pH giảm thì cần ngừng nạp nguyên liệu, vì nếu tiếp tục nạp nguyên liệu thì
hàm lợng axit tăng lên dẫn đến kết quả là làm chết các vi khuẩn tạo CH
4
.
Ngoài ra phải kể đến ảnh hởng của dòng vi khuẩn, thời gian lu cần đủ để
đảm bảo hiệu suất khử các chất gây ô nhiễm và điều kiện không chứa các hoá chất
độc, đặc biệt là các kim loại nặng (Cu, Ni, Zn ), hàm lợng NH
3
và sunfua quá d
cùng một số hợp chất hữu cơ khác.

1.3.3.2. Vai trò của dị dỡng trong qúa trình xử lý yếm khí [5]
Các sinh vật mà sử dụng cacbon từ các hợp chất hữu cơ cho sự sinh trởng đ-
ợc gọi là dị dỡng.
Dị dỡng là nguyên nhân làm giảm các chất thải. Bằng việc tiêu hoá yếm khí
này, các vi sinh vật yếm khí đã xử lý bùn từ quá trình xử lý nớc thải công nghiệp và
nớc thải thành phố kể cả trờng hợp nớc thải công nghiệp có nồng độ đậm đặc. Các
sinh vật thuộc nhóm này bao gồm các vi sinh vật kỵ khí bắt buộc hoặc vi sinh vật
kỵ khí không bắt buộc. Mật độ của dị dỡng trong sự tiêu hoá vi sinh vật kị khí có
thể là 10
9
ữ 10
10
tế bào / ml.
Trong sự tiêu hoá vi sinh vật yếm khí hỗn hợp các đại phân tử hữu cơ bao
gồm sinh khối vi sinh vật, đợc khử trùng hợp (sự phân ly các hợp chất phân tử thành
các phân tử nhỏ) sau đó là các quá trình trao đổi chính tạo thành các axit béo, CO
2
và khí H
2
. Khí H
2
ngay sau đó có thể đợc sử dụng để tạo ra CH
4
. Trong xử lý chất
thải bằng yếm khí , một số lợng lớn các sinh vật khác tham gia trong quá trình này,
bao gồm các sinh vật hydrolyzing, các vi sinh vật tạo axit, các vi sinh vật tạo khí
metan. Metan đợc tạo ra bằng cách khử trực tiếp các nhóm metyl hoặc bằng cách
khử CO
2
thành CH

4
, khí H
2
đợc sử dụng nh là tác nhân khử. Vài vi khuẩn dị dỡng
trong sự tiêu hoá vi sinh vật yếm khí là :
Sinh vật Vai trò
Clostridium Mạng tế bào, protêin và làm giảm axit nucleic
Bacteroides Mạng tế bào, protêin và làm giảm tinh bột
Ruminococcus Làm giảm mạng tế bào
Bacillus Làm giảm mạng tế bào
Succinimonas Làm giảm tinh bột
Streptococcus Làm giảm tinh bột
Anaerovibrio Làm giảm chất béo
Succinovibrio Lên men gluco
Eubacterium Lên men gluco
Lactobacillus Lên men gluco
Veillonella Làm giảm sự tiết ra sữa
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
15
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
Methanobacterium Sản xuất metan
Methanobrevibacter Sản xuất metan
Methanococcus Sản xuất metan
Methanosarcina Sản xuất metan
1.3.3.3. Vai trò của tự dỡng trong quá trình xử lý nớc thải [5]
Vi khuẩn tự dỡng đóng vai trò quan trọng trong sự tuần hoàn các nguyên tố
trong môi trờng tự nhiên và trong các quá trình xử lý nớc thải. Các sinh vật này nhận
cacbon từ cacbondioxit và do vậy nó không trực tiếp đóng góp trực tiếp đến nhu cầu
oxi sinh hoá (BOD). Chúng nhận năng lợng từ sự oxi hóa các hợp chất vô cơ có mặt
trong chất thải hoặc lấy từ việc phá huỷ các chất dinh dỡng bằng dị dỡng. Ví dụ, các

chất nền cho sự tự dỡng bao gồm: NH
3
, NO
2
-
, H
2
S, S và khí H
2
. Hầu hết sự dị dỡng
hoá học là vi khuẩn a khí bắt buộc, tất cả các vi khuẩn quang tự dỡng (ngoại trừ
cyanobacteria ) là các vi khuẩn yếm khí. Các nhóm vi khuẩn dị dỡng hoá học lớn và
nguồn năng lợng của chúng là:
Nhóm Loại Oxi hoá chất nền và sản
phẩm đợc tạo ra
Vi khuẩn nitriyfing Nitrosomonas NH
3
NO
2
-
Nitrobacter NO
2
-
NO
3
-
Vi khuẩn S Thiobacillus S
2-
SO
4

2-
Beggiatoa
Thiothrix
Vi khuẩn Fe Sphaerotilus fero ferit
Leptothrix fero ferit
Crenothrix fero ferit
Gallionella fero ferit
1.3.3.4. Các chu trình trong xử lý yếm khí [5]
Trong môi trờng trung tính và trong các quá trình xử lý nớc thải, các vi sinh
vật không có chức năng trong sự cô lập nhng nó sẽ có tác động lẫn nhau để tiến
hành vận chuyển nớc. Một số vi sinh vật tiến hành bẻ gẫy các phân tử lớn (nh mạng
tế bào của thực vật và các protein) ở đó có sự làm giảm các sản phẩm khác của hoạt
động trao đổi chất của chúng (nh gluco và aminoaxit ). Vài vi sinh vật phải làm việc
cùng với nhau để làm giảm chất đơn giản. Do đó, để có kết qủa xử lý cao cần phải
có sự tác động thích hợp của tự dỡng và dị dỡng. Tác động sinh học của nhiều vi
khuẩn là có ý nghĩa nhất trong chu trình sinh học của các nguyên tố.
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
16
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
Chu trình cacbon. Cacbon đợc quay vòng giữa CO
2
và các chất hữu cơ đợc
chỉ ra ở hình 1.
Hình 1. Chu trình cacbon
Các thực vật và các sinh vật quang tổng hợp có liên quan tới sự chuyển đổi tự
dỡng của CO
2
không khí thành sinh khối. CO
2
đợc quay vòng trở lại không khí bằng

sự tự dỡng nhờ sự hô hấp của vi khuẩn hiếu khí và lên men. Trong điều kiện hoạt
động của các vi sinh vật yếm khí, các chất hữu cơ có thể không bao giờ bị oxi hoá
hoàn toàn thành CO
2
. Tỷ lệ của chất nền ban đầu phải đợc sử dụng nh là chất nhận
electron cuối cùng, mà thông qua sự lên men sẽ tạo ra các hợp chất hữu cơ có phân
tử lợng nhỏ nh: axetat, lactat, etanol và metan.
Chu trình nitơ. Những hoạt động của các sinh vật là thiết yếu trong sự duy
trì hoạt của chu trình nitơ đợc chỉ ra ở hình 2
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
17
Cáchợp chất hữu cơ
CH
2
O
Sinh tr ởng và hô
hấp của thực vật,
động vật và vi
sinh vật
Quang tổng hợp
của thực vật và tảo
Sinh tr ởng của tự
d ỡng
Cacbon dioxit
CO
2
Hiếu khí
Hiếu khí
Yếm khí Yếm khí
Các hợp chất hữu cơ

CH
2
O
Sự lên men
Sự hô hấp của vi
sinh vật yếm khí
Vi khuẩn
ánh sáng
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
Sinh khối các hợp chất của nitơ
Hình 2. Chu trình nitơ
Amoni đợc giải phóng ra đầu tiên từ các hợp chất hữu cơ, nh protein bằng dị d-
ỡng. Mặc dù vài amoni không thể kết lại bằng các sinh vật khi chúng tăng trởng,
phần còn lại đợc giải phóng vào môi trờng. Dới các điều kiện yếm khí , amoni
không thể bị oxi hoá. Chỉ một lợng nhỏ có thể đợc chuyển đi bằng sự đồng hoá để
phát triển các vi sinh vật. Dới các điều kiện yếm khí, nitrat có thể đợc chuyển thành
khí N
2
bằng vi khuẩn dị dỡng denitrat hoá. Điều này đòi hỏi sự có mặt của các hợp
chất hữu cơ để sử dụng khi có nguồn năng lợng khử.
Chu trình sunfua. Mặc dù đựợc đòi hỏi một lợng nhỏ nitơ nhng lu huỳnh
là một chất dinh dỡng cần thiết. Việc làm giảm chất thải thành phố bằng vi khuẩn dị
dỡng là kết quả của việc giải phóng ra sunfat. Chu trình sunfua đợc chỉ ra ở hình 3.

Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
18
Đồng hoá cho
sự phát triển
Cố
định

nitỏ
Vi khuẩn dị
d ỡng
Nitrat NO
3
-
Nitơ không khí
Denitơ hoá
Vi khuẩn kị khí
Nitơ hữu cơ
Nitrobacter
vi khuẩn tự d ỡng
hiếu khí
Amoni
NH
3
/NH
4
Nitrit NO
2
-
Nitrosomonas
Vi khuẩn tự d ỡng hiếu khí
Vi khuẩn
dị d ỡng
Đồng hoá
cho sự
phát triển
Các chất thải
hữu cơ chứa S

Sunfat
SO
4
2-
Vi khuẩn dị d ỡng
SO
2
, SO
3
H
2
S
Vi khuẩn yếm khí
Nguyên tố S
Oxi
hoá vi
khuẩn S
tự
d ỡng
Oxi hoá vi khuẩn S
tự d ỡng
Khử vi khuẩn
SO
4
-
kị khí
Oxi hóa vi khuẩn S
tự d ỡng
Vi khuẩn
Phototrophic

Vi khuẩn
dị d ỡng
Sinh khối các hợp chất sunfua h u cơ
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
Hình 3. Chu trình sunfua
Dới các điều kiện yếm khí, các hợp chất hữu cơ đợc oxi hóa và sunfat đợc
khử H
2
S bằng Desulfovibrio. H
2
S không trao đổi chất dới các điều kiện kị khí ngoại
trừ vi khuẩn quang tự dỡng mà sử dụng H
2
S nh chất cho electron.
1.3.3.5. Xử lý nớc thải bằng phơng pháp sinh học kị khí [4]
1.3.3.5.1. Lên men bùn cặn
Phơng pháp này đợc dùng để xử lý nớc thải công nghiệp chứa hàm lợng các
chất hữu cơ cao (BOD = 4 ữ 5g/l). Đây là phơng pháp cổ điển nhất dùng để ổn định
bùn cặn, trong đó các vi khuẩn yếm khí phân huỷ các chất hữu cơ.
Do bùn cặn của nớc thải công nghiệp thờng có hàm lợng ẩm, các muối kim
loại và các chất khử bẩn cao nên cần phải tiến hành quá trình lên men ở tải lợng thấp
hơn bình thờng 25 ữ 50%.
Quá trình tạo khí metan đợc tiến hành trong các bể lên men có nguyên lý cấu
tạo nh sau:
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
19
Bùn thô
Vùng
chứa bùn
Vùng phân

hủy mạnh
Gia
nhiệt
bùn
Bùn đã phân
hủy
N ớc ra
Vùng n ớc
Khí sản
phẩm ra
Két khí
221
21
2
TVT
VV
V +
+
=
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
Hình 4. Bể phân huỷ metan
Bùn thô nạp vào bể theo phơng thức gián đoạn, vào vùng phân huỷ mạnh và
nớc phần trên đợc rút ra đi xử lý tiếp.
Bùn đã phân huỷ tích tụ ở đáy bể có thể rút ra một cách dễ dàng. Sản phẩm
khí của quá trình đợc tích giữ ở két khí là nắp nồi của bể.
Thể tích bể tiêu huỷ yếm khí đợc tính theo tải lợng riêng, thời gian tiêu huỷ,
sự giảm chất rắn và thời gian lu trữ bùn. Các thông số này đợc liên hệ với nhau theo
công thức sau:
Trong đó :
V : thể tích bể tiêu huỷ, m

3
;
V
1
:lu lợng bùn thô nạp vào bể, m
3
/ngày;
V
2
:lu lơng bùn lu trữ trong bể, m
3
/ngày;
T
1
: thời gian tiêu huỷ, ngày ;
T
1
: thời gian bùn lu trữ lại trong bể , ngày;
Cũng có thể tiến hành quá trình theo hai giai đoạn, mỗi giai đoạn ở một thiết
bị riêng biệt hình2. Giai đoạn một ứng với pha tạo axit còn giai đoạn hai tiến hành
pha tạo khí metan. Bằng cách này cho phép tăng tốc độ quá trình và làm giảm thể
tích thiết bị so với tiến hành quá trình theo một giai đoạn.
1.3.3.5.2. Hồ yếm khí.
Nguyên tắc tạo nên điều kiện yếm khí và làm việc của hồ yếm khí đợc minh
hoạ ở hình 5.

Hình 5. Hồ yếm khí
ở đây các vi khuẩn yếm khí phân huỷ các chất hữu cơ thành các sản phẩm
cuối ở dạng khí là CO
2

và CH
4
, thêm vào đó là hợp chất trung gian phát sinh mùi nh
các axit hữu cơ, H
2
S
Đặc tính của nớc thải có thể xử lý bằng phơng pháp yếm khí là có hàm lợng
chất hữu cơ cao, cụ thể là protein, mỡ, có nhiệt độ tơng đối cao, không chứa các chất
độc và các chất dinh dỡng.
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
20
Lớp đầu mỡ và các vật nổi
Lớp n ớc trong với 0.1% chất rắn hữu cơ
Bề mặt phân chia bùn n ớc
Vùng bùn và các vi khuẩn yếm
khí hoạt động mạnh với 3 4
% axit hữu cơ
Dòng ra
Dòng vào
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
Các tiêu chuẩn vận hành đối với hồ yếm khí để có thể đạt đợc hiệu suất khử
BOD bằng 75% là tải trọng BOD bằng 320g BOD /m
3
.ngày, thời gian lu tối thiểu là
4 ngày, hồ làm việc ở nhiệt độ tối thiểu 25
0
C.
Vận hành thờng gặp đối với loại hồ này là sự giảm nhiệt độ do mặt hồ không
đợc lớp dầu mỡ phủ kín để cách nhiệt và tránh tác động khuấy trộn của nó. Nếu hồ
yếm khí đợc vận hành đúng sẽ không phát sinh mùi làm ô nhiễm môi trờng xung

quanh.
Hồ yếm khí đã đợc sử dụng thành công trong xử lý nớc thải ở các lò mổ chế
biến thịt, một loại nớc thải có hàm lợng BOD đến 1400 mg/l, hàm lợng dầu mỡ đến
500 mg/l và pH trung tính.
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
21
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
Chơng 2.thực nghiệm
2.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu
Kỹ thuật lấy mẫu và bảo quản mẫu nớc thải có vai trò quyết định tới việc
phân tích, nghiên cứu, đánh giá, khảo sát chất lợng nớc. Vì vậy để kết quả phân tích
có ý nghĩa chúng tôi tuân quy tắc lấy mẫu theo TCVN số 5993-1995 (tiêu chuẩn lấy
mẫu và bảo quản mẫu của Việt Nam ).
Cách lấy mẫu: do chỉ khảo sát sự biến thiên COD trớc và sau xử lý nên đề tài
chọn lấy mẫu ở một địa điểm nhất định.
Địa điểm lấy mẫu: địa điểm lấy mẫu ở đây là ở sông Kim Ngu gần cầu Mai
Động.
Dụng cụ lấy mẫu: Lấy mẫu bằng phơng pháp thủ công với dụng cụ lấy mẫu
là bình nhựa P.E có thể tích là 30l.
Thời gian lấy mẫu:Mẫu đợc lấy vào thời điểm ít biến động nhất, vào 8 h sáng
vào lúc trời không ma.
Bảo quản mẫu: Mẫu lấy xong đợc chuyển về phòng thí nghiệm, sau đó tiến
hành đo các thông số cần thiết.
2.2. Các phơng pháp phân tích
2.2.1. Phơng pháp xác định COD
Nguyên tắc
Dùng K
2
Cr
2

O
7
là chất oxi hoá mạnh để oxi hoá các hợp chất hữu cơ. Sau đó,
chuẩn độ lợng K
2
Cr
2
O
7
bằng dung dịch muối Morh với chỉ thị feroin.
Để oxi hoá hoàn toàn các hợp chất hữu cơ mạch thẳng, các hydrocacbon
thơm khó bị oxi hóa có mặt trong nớc thải cần cho Ag
2
SO
4
làm xúc tác, 80-90% các
chất trên sẽ đợc oxi hoá.
Phản ứng oxi hóa :
Chất hữu cơ + Cr
2
O
7
2-
+ H
+
2Cr
3+
+ H
2
O + CO

2
Phản ứng đợc tiến hành ở 80-90
0
C với xúc tác là bạc sunfat Ag
2
SO
4
trong thời
gian tối thiểu là hai giờ. Hầu hết các chất hữu cơ bị oxi hoá bởi hỗn hợp sôi của
K
2
Cr
2
O
7
và H
2
SO
4
.
Nớc thải chứa ion Cl
-
và các hợp chất khác của Clo cần sử dụng HgSO
4
để
loại phản ứng oxi hoá giữa K
2
Cr
2
O

7
và Cl
-
làm ảnh hớng tới phép phân tích.
Hoá chất và dụng cụ
+ Microburet, pipet, bình định mức, ống đong.
+ Bình tam giác, bình cầu cổ nhám.
+ Sinh hàn hồi lu.
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
22
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
+ Bếp điện.
+ Dung dịch K
2
Cr
2
O
7
.025N: cân chính xác 12.259 g K
2
Cr
2
O
7
tạo tính khiết
(PA) hoà tan và định mức 1l bắng nớc cất.
Mỗi lần dùng muối Morh phải xác định lại nồng độ bằng cách: lấy 5 ml
K
2
Cr

2
O
7
0.25N, thêm nớc cất đến 100 ml, thêm 5 ml H
2
SO
4
đặc đã hoà tan khoảng
0.1g Ag
2
SO
4
, thêm 2 giọt chỉ thị feroin, chuẩn bằng dung dịch muối Morh cho đến
khi dung dịch chuyển từ mầu xanh sang màu đỏ nâu.
Nồng độ muối Morh đợc xác định theo công thức:
Chỉ thị feroin: hoà tan 1.48 g 1.10 octophenanthrolinmonohydrat với 0.695 g
FeSO
4
.7H
2
O trong nớc cất hai lần. Định mức 100 ml.
+ Các chất xúc tác: H
2
SO
4
đặc.
Hg
2
SO
4

tinh thể.
HgSO
4
tinh thể.
Đá bọt: để dung dịch sôi đều .
Cách tiến hành thí nghiệm và tính toán COD
+ Cách tiến hành thí nghiệm: Lấy 5 ml nớc thải cho vào bình cầu 3 cổ, thêm
5 ml K
2
Cr
2
O
7
, cho vào vài viên đá bọt, lắc đều. Lắp vào sinh hàn. Cho vài hạt AgSO
4
hòa tan vào 10 ml H
2
SO
4
đặc, cho vào bình cấu lắc đều. Đun sôi nhẹ trong khoảng
15 phút tính từ lúc sôi. Sau đó để nguội, tráng sinh hàn và bình cầu đổ vào bình nón.
Chuẩn lợng K
2
Cr
2
O
7
d bằng dung dịch muối Morh 0.25N với 2-3 giọt chỉ thị feroin
cho đến khi dung dịch có màu đỏ nâu. Ghi lại lợng muối Morh tiêu tốn.
+ Cách tính toán:

Trong đó
V
1
: lợng K
2
Cr
2
O
7
lấy ban đầu, ml
Vmorh :thể tích Morh dùng để chuẩn độ, ml
Vmẫu: thể tích của mẫu phân tích, ml
N
1
: nồng độ của K
2
Cr
2
O
7
, g/l
N
2
: nồng độ của muối Morh, g/l
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
23
V
0.2525
N
ì

=
80
100
8000
Vmẫu
)NVmorh-N(V
COD
211
ìì
ìì
=
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN
8000: mili đơng lợng oxi ì 1000 ml/L
2.2.2. Phơng pháp xác định NO
3
-
Nguyên tắc
Ion NO
3
-
tác dụng với phenon disunfonic tạo thành axit
nitrophenoldisunfonic. Axit này khi phản ứng với NO
3
-
cho phức màu vàng. Cờng độ
màu tỉ lệ với hàm lợng NO
3
-
có trong dung dịch. Đo quang ở =410 nm.
Hoá chất và dụng cụ

+ Cốc chịu nhiệt, ống nghiệm
+ Bếp điện
+ Axit phenoldisunfonic
+ NH
4
OH 25%
Xác định đờng chuẩn
Pha 1mg/l dung dịch NO
3
-
từ dung dịch gốc 100 mg/l bằng cách pha loãng
dung dịch gốc 100 lần.
Chuẩn bị 5 ống nghiệm khô cho vào ống NO
3
-

và H
2
O theo tỉ lệ sau:
NO
3
-
(ml) 0 1 2 3 4 5
H
2
O (ml) 5 4 3 2 1 0
Nồng độ 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
Thêm vào các ống trên 0.5ml axitphenoldisunfonic, lắc đều thêm 10ml nớc
cất lắc đều, thêm 5ml NH
4

OH 25% lắc đều, để yên 10 phút sau đó đem đo quang ở
bớc sóng = 410 nm ta xây dựng đợc đờng chuẩn nh sau:
y = 0.08x + 0.0993

Cách tiến hành thí nghiệm và xác định NO
3
-
Cách tiến hành: Lấy 5ml mẫu cho vào cốc chịu nhiệt đun cạn trên lới amiang.
Thêm 0.5ml axitphenoldisunfonic, lắc đều, thêm 10ml nớc cất lắc đều, thêm 5ml
NH
4
OH 25% lắc đều. Định mức thành 25ml, để 10 phút đem đo quang ở 410 nm ta
xác định đợc nồng độ của NO
3
-
.
+ Cách tính toán :
2.2.3. Phơng pháp xác định NH
4
+
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
24
0.08
0.0993-y
NO l ợng Hàm
3
=

-
Khóa luận tốt nghiệp Trờng Đại Học KHTN

Nguyên tắc
NH
4
trong môi trờng kiềm phản ứng với thuốc thử Nessler (K
2
HgI
4
), tạo phức
màu vàng hay mầu nâu sẫm tuỳ thuôc vào hàm lợng amoni có trong mẫu nớc. Sau
đó, đo quang ở = 420 nm.
Hoá chất và dụng cụ
+ ống nghiệm khô
+ Xinhet, Nessler
Xác định đờng chuẩn
+ Pha dung dịch Xinhet: cân 50 Kali natritactrat KNaC
4
H
12
O
6
trong 100 ml
nớc cất.
+ Pha dung dịch Nessler:
-
Nessler A:K
2
HgI
4
36g KI trong 100 ml H
2

O cất. Hòa tan 13.55g HgCl
2
/1l nớc.
NesslerA:1100 ml.
- Nessler B: 56 g NaOH hoặc 57.5 g KOH trong 30 ml.
- Dung dịch Nessler 100ml A+ 30 ml B.
- Hoặc 2KI + HgI
2
K
2
HgI
4
.
Pha 3.32g KI +4.55 g HgI
2
trong 200ml nớc cất ta đợc dung dịch Nessler.
+ Xác định đờng chuẩn
Pha 1mg/l dung dịch NH
4
+
từ dung dịch gốc 100mg/l bằng cách pha loãng
dung dịch gốc 100 lần.
Chuẩn bị 5 ống nghiệm khô cho vào đó NH
4
+
và theo tỉ lệ sau:
NH
4
+
(ml) 0 1 2 3 4 5

H
2
O (ml) 5 4 3 2 1 0
Nồng độ 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1
Tiến hành đo ống nghiệm trên ở bớc sóng 420 nm ta xây dựng đợc đờng
chuẩn sau:
Đờng chuẩn : y = 0.0275 + 0.0059

Cách tiến hành thí nghiệm và tính toán NH
4
+
Nguyễn Thị Phơng Mai 45B - Công Nghệ Hoá Học
25