Nghiên cứu mô hình thực nghiệm xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp lọc sinh học

Phần 1. Mở đầu
Nớc là tài sản chung của nhân loại, là một trong bốn nhân tố tạo nên môi
trờng, có vai trò quan trọng trong việc đảm bảo sự sống của con ngời và sinh
vật. Không có nớc thì sự sống của muôn loại trên hành tinh không thể tồn tại đ-
ợc.
Con ngời khai thác từ các nguồn tự nhiên và sử dụng cho nhiều mục đích
khác nhau nh phục vụ ăn uống sinh hoạt của chính con ngời, nớc dùng cho các
mục dích hoạt động nông nghiệp, cho sản xuất công nghiệp, cho các hoạt động
giao thông, cho rất nhiều hình thức dịch vụ ... Nớc sử dụng cho những mục đích
trên lại đợc thải lại vào chính nguồn nớc nơi mà con ngời đã khai thác cho mục
đích sử dụng của mình. Tất cả những hoạt động đó do thiếu quản lý hay hiểu
biết đã dẫn đến tình trạng ô nhiễm nguồn nớc và ở nhiều lúc, nhiều nơi đã trở
nên trầm trọng.
Nớc có vai trò quan trọng đối với sự sống nhng nớc không phải là vô tận.
Khoảng 97% khối lợng nớc trên bề mặt trái đất là nớc mặn chỉ có một phần nhỏ
là nguồn nớc ngọt, con ngời có thể khai thác một phần nhỏ lợng nớc ngọt phục
vụ cho nhu cầu của mình .
Nguồn nớc ngọt vốn đã rất hạn chế đối với nhu cầu ngày càng tăng của
con ngời vậy mà tại nhiều khu vực kể cả nớc mặt lẫn nớc ngầm đang bị ô nhiễm
nghiêm trọn: nh nớc thải không đợc xử lý từ các nhà máy, xí nghiệp, từ các loại
dịch vụ và từ các khu vực đô thị đã đợc thải vào các nguồn nớc nhận. Đã có rất
nhiều ví dụ về sự ô nhiễm nớc tại một số khu vực trên thế giới, đặc biệt là tại
các đô thị và khu công nghiệp lớn.
ở Việt Nam bảo vệ tài nguyên nớc bị cạn kiệt và tránh sự ô nhiễm gây
ảnh hởng đến sức khoẻ cộng đồng là vấn đề đợc xã hội quan tâm rất nhiều. Đã
có nhiều chính sách đợc áp dụng nhằm bảo vệ nguồn nớc, ngăn chặn các hành
vi gây ô nhiễm nguồn nớc. Nhiều công nghệ đã đợc nghiên cứu và áp dụng
1
nhằm làm sạch lại nớc thải sinh hoạt hay sản xuất đê có thể tái sử dụng lại cho
những múc đích khác nhau.
Để góp phần nghiên cứu các giải pháp công nghệ nhằm làm sạch nớc ô

nhiễm và trên cơ sở đó có thể tái sử dụng nớc, bảo vệ nguồn nớc nhận, nhất là
bảo vệ chất lợng nớc các thuỷ vực gần khu vực dân c, chúng tôi lựa chọn đề tài
nghiên cứu mô hình thực nghiệm có tên là : Nghiên cứu mô hình thực
nghiệm xử lý nớc thải sinh hoạt bằng phơng pháp lọc sinh học.
Mục tiêu của đề tài nghiên cứu là:
- Tìm hiểu một số quá trình lọc sinh học
- Tìm hiểu và nghiên cứu sử dụng một mô hình xử lý nớc thải sinh hoạt
theo phơng pháp của Nhật bản (Natural circulation system- NCS) có thể áp
dụng đợc trong điều kiện Việt nam :
- Nguồn gốc hệ thống NCS.
- Nguyên lý, cấu tạo và chức năng của các bộ phận cơ bản trong
hệ thống.
- Kết quả thực nghiệm.
- Đề xuất hớng nghiên cứu trong tơng lai.

2
Phần 2 . Tổng quan
2.I. Sơ l ợc tình trạng ô nhiễm và ảnh h ởng của n ớc thải đối với môi
tr ờng xung quanh và sức khỏe con ng ời .
Nớc là nhân tố không thể thiếu của mọi hoạt động của tất cả các hệ sinh
thái bao gồm cả con ngơì.
Chất lợng nớc là yếu tố quyết định việc sử dụng nớc cho mục đích gì.
Nếu chất lợng nớc kém so với yêu cầu sử dụng thì tức là nớc đã bị ô nhiễm. Vì
vậy ngời ta đã xây dựng các loại tiêu chuẩn để quy định chất lợng nớc cho các
mục đích sử dụng khác nhau, thí dụ nớc dùng cho uống, nớc dùng cho sinh
hoạt, nớc dùng cho nớc cấp, nớc nông nghiệp, công nghiệp .... Nói chung ngời
ta sử dụng các thông số về tính chất vật lý, hoáhọc và sinh học để biểu hiện tính
chất của nớc, thí dụ:
chất lợng vật lý: độ trong, độ đục, độ màu
chất lợng hoá học: pH, oxy hoà tan (DO), BOD (nhu cầu oxy sinh

hoá), COD (nhu cầu oxy hoá học), kim loại ...
chất lợng sinh học: số lơng khuẩn các loại ...
Khi nớc chịu tác động của các chất bẩn từ các hoạt động tự nhiên hay
nhân tạo, chất lợng nớc sẽ xấu đị so với yêu cầu hay so với tiêu chuẩn quy định,
khi đó nớc trở thành bị ô nhiễm.
Nớc ô nhiễm là nớc có các chỉ tiêu lệch với tiêu chuẩn, thí dụ:
pH vợt quá giới hạn 6-8,5
BOD5 lớn hơn 6 mg/L
hàm lợng dầu vợt quá ...
lợng Coliorm vợt quá ....
thì khi đó nớc không đủ tiêu chuẩn để làm nớc cấp cho sinh hoạt nữa.
Trong nhiều thập kỷ gần đây, do thiếu hiểu biết và thiếu các biện pháp
quản lý cho nên nhiều nơi trên thế giới và ở Việt nam một số nguồn nớc, bao
3
gồm cả nớc mặt và nớc ngầm đã bị ô nhiễm bởi nhiều chất ô nhiễm khác nhau
từ các nguồn ô nhiễm khác nhau.
Chúng ta biết rắng 3/4 bề mặt trái đất là nớc (khoảng 1,4 tỷ km
3
)

trong đó
chỉ có một phần rất nhỏ là nớc ngọt bao gồm cả nớc mặt (sông, ngòi , hồ , ao...)
và nớc ngầm chứa trong các tầng của địa quyển.
Con ngời khai thác nớc phục vụ cho nhu cầu của mình. Theo số liệu
thống kê thì 73% lợng nớc ngọt dùng cho sản xuất nông nghiệp, 21% dùng cho
sản xuất công nghiệp và 6% dùng cho sinh hoạt của con ngời. Lợng nớc ngọt
vốn đã ít nhng hiện nay đang chịu sự ô nhiễm nghiêm trọng do các hoạt động
của con ngời gây ra dẫn đến kết quả làm ảnh hởng đến chất lợng nớc.
Thay đổi giá trị pH của nớc ngọt do ô nhiễm bởi H
2

SO
4
, HN0
3
, NaOH,
, khi pH thay đổi có nghĩa chất l ợng nớc bị thay đổi.
Tăng hàm lợng các ion kim loại nặng trong nớc tự nhiên, trớc hết là: Pb,
Cu, Zn và PO
4
2-
, NO
3
-
, NO
2
-
. . .
Tăng hàm lợng các muối trong nớc bề mặt và nớc ngầm do chúng đi vào
môi trờng nớc cùng nớc thải, từ khí thải và từ các chất thải rắn.
Tăng hàm lợng các hợp chất hữu cơ, đặc biệt là các chất khó bị huỷ bằng
con đờng sinh học ( chất hoạt động bề mặt dạng DBSA, các chất loại POP hay
PAH . . . )
Giảm nồng độ oxy hoà tan trong nớc làm giảm lợng oxy trong nớc dùng
cho các hoạt động của các thuỷ sinh
Giảm độ trong của nớc dấn đến ngăn cản sự truyền ánh sáng vào nớc, và
do đó dẫn đến làm giảm các phản ứng quang hợp đối với thực vật nớc.
Nớc thải bị ô nhiễm khi thải vào môi trờng làm thay đổi đặc tính của nớc
tự nhiên đẫn đến ảnh hởng tới đời sống của các loài sinh vật trong đó có con ng-
ời. Việc bảo vệ không tốt tài nguyên nớc là nguyên nhân dẫn đến hàng năm
khoảng 2/3 dân số thế giới không đợc cấp nớc sạch và có 4,6 triệu trẻ em dới 5

tuổi bị chết do các bệnh tật vì nớc sinh hoạt không sạch.
Nớc thải sinh hoạt có chứa nhiều các hợp chất hữu cơ dễ hay khó phân
huỷ và hệ vi sinh vật rất đa dạng trong đó có tất cả các vi sinh vật hiếu khí, yếm
4
khí, virút gây bệnh, vi sinh vật gây bệnh đặc biệt là các bệnh truyền nhiễm , tiêu
hoá (tả , lỵ . . . ) . Theo tổ chức Y tế thế giới (WHO) ở các nớc đang phát triển
có tới 60% dân số thiếu nớc sạch để sử dụng và 80% bệnh tật có liên quan đến
nguồn nớc bị nhiễm bẩn. Trên thế giới, mỗi ngày có 25.000 ngời, mỗi năm có
25 triệu trẻ em bị chết vì phải dùng nớc bẩn. Nguyên nhân là do bệnh tả một
căn bệnh phổ biến do nguồn nớc bị nhiễm bẩn. Thơng hàn cũng là một căn
bệnh lan truyền qua đờng uống.
2.II. Phân loại n ớc thải và nguồn gốc gây ô nhiễm
2.II.1 Phân loại n ớc thải .
Nớc thải là nớc sau khi đã sử dụng và đợc thải vào các nguồn tiếp nhận n-
ớc thải.
Một trong các cách phân loại nớc thải là có thể phân loại nớc thải theo
nguồn gốc phát sinh ra chúng, đó là cơ sở trong việc lựa chọn các biện pháp để
quản lý hoặc công nghệ xử lý thích hợp. Theo cách phân loại này, có các loại n-
ớc thải sau :
Nớc thải sinh hoạt: Là nớc thải đợc thải từ các khu dân c, khu hoạt
động thơng mại, khu vực công sở, trờng học và các cơ sở tơng tự
khác.
Nớc thải công nghiệp va dịch vụ: Là nớc thải đợc thải từ các quá trình
công nghệ hay dịch vụ có sử dụng nớc và thành phần của nớc thải phụ
thuộc vào công nghệ hay dịch vụ.
Nớc thải của sản xuất nông nghiệp : Thờng là nớc tới tiêu trong trồng
trọt hay nớc ừ các khu vực nuôi và trồng : Chất hũ cơ, phân hoá học,
thuốc trừ sâu .
Nớc thải bệnh viện : Số lợng vi sinh vật lớn và đa dạng, nhiều vi sinh
vật gây bệnh đặc biệt là các bệnh truyền nhiễm các hoá chất độc hại,

nguy hiểm và có thể có phóng xạ.
Nớc từ các hoạt động thơng mại nh chợ chứa nhiều chất hữu cơ và rác
Nớc ma nhiễm bẩn: Độ ô nhiễm của nớc ma phụ thuộc vào môi trờng
không khí, bề mặt ku vực có nớc chảy tràn.
5

2.II.2 Nguồn gốc gây ô nhiễm
2.II.2.1 N ớc thải sinh hoạt .
Nớc thải sinh hoạt ở các đô thị đông dân là nơi có nguồn nớc thải lớn
nhất. Nớc thải từ các hộ gia đình với các bể tự hoại và nhà cầu cha đạt tiêu
chuẩn vệ sinh, nớc thải chứa các thức ăn thực phẩm ôi thiu . . . đã làm ô nhiễm
nguồn nớc. Hiện nay, Hà Nội là thành phố có mật độ dân số cao, nhng hệ thống
cơ sở hạ tầng còn rất nghèo nàn, đa số đời sống của nhân dân còn nghèo, chỗ ở
chật chội, các công trình phụ không hợp vệ sinh, nớc thải đợc thải vào hệ thống
cống không đợc mở rộng và sửa chữa nên dẫn đến việc ô nhiễm trầm trọng nớc
trong hệ thống cống nớc thải. Và đặc biệt nghiêm trọng khi gặp tình trạng ngập
lụt do ma lũ: nớc thải thành phố ô nhiễm bởi các vi khuẩn, vi trùng, vi rút gây
bệnh cho con ngời và từ cống rãnh đã lan rông ra khắp địa bàn thành phố gây ra
nhiều vấn đề về vệ sinh môi trờng và cảnh quan.
2.II.2.2 N ớc thải công nghiệp .
Trong nớc thải công nghiệp phụ thuộc và loại hình công nghiệp có các
chất độc hại nh kim loại nặng, các chất hữu cơ, vô cơ cao. Hàm lợng BOD,
COD cao làm giảm lợng oxy hoà tan trong nớc và dẫn đến làm ảnh hởng đến hệ
sinh thái của thuỷ vực. Một số nhà máy xí nghiệp tuy đã có hệ thống xử lý nớc
thải nhng trang thiết bị và công nghệ cũ kỹ hoặc không có tiền bảo trì , do đó n-
ớc thải sau xử lý vẫn còn còn nhiều thông số cha đạt tiêu chuẩn cho phép. Các
chất hợp chất hữu cơ trong nớc thải công nghiệp rất đa dạng, thí dụ nh chất tẩy
rửa tổng hợp, glixerin và dầu thực vật từ các xí nghiệp sản xuất bột giặt, nớc
thải từ các nhà máy chế biến lơng thực thực phẩm nh nhà máy bia, rợu ... bao
gồm nhiều hợp chất hữu cơ có nguồn gốc động thực vật, tuy có thể phân huỷ

trong môi trờng tự nhiên, nhng rất dễ thối rữa gây ra ô nhiễm mùi và màu, và có
6
đặc trng là trị số BOD rất cao. Các nhà máy xí nghiệp dệt nhuộm thải ra môi tr-
ờng ngoài xơ sợi, xút và axit, còn có nhiều hợp chất màu, chất trợ nhuộm, chất
tảy ... là những hợp chất có thể khó phân huỷ và rất độc với môi trờng thuỷ sinh.
Nớc thải ngành dệt nhuộm có đặc trng là giá trị COD rất cao. Công nghiệp giấy
và bột giấy thải ra nớc thải có chứa nhiều chất xơ sợi từ tre gỗ nứa, các hợp chất
dạng lignin rất khó phân huỷ, các chất hữu cơ khác cũng rất độc cho môi trờng,
đợc biểu hiện qua giá trị BOD , COD cao . . .
2.II.2.3 N ớc thải từ hoạt động sản xuất nông nghiệp .
Nớc từ cánh đồng, vờn hoa quả mang theo một lợng lớn các chất bảo vệ
thực vật. Các loại phân bón hóa học hay phân động vật bón cho đồng rộng theo
nớc ma chảy tràn đã gây ra ô nhiễm nguồn nớc, thí dụ làm giàu amoni và
phospho trong nớc thải nên gây tình trạng phì dỡng (nồng độ nitơ và photpho
cao, làm phát triển mạnh các loại tảo trong nớc) cho ao, hồ. Đặc biệt là thuốc
trừ sâu, diệt cỏ chứa chất hữu cơ và kim loại có độc tính cao đối với ngời và
động vật. Trong nớc thải từ hoạt đọng nông nghiệp còn có nớc thải từ các
chuồng trại chăn nuôi chứa nhiều phân động vật gây ra ô nhiễm hữu cơ. ô hiễm
mùi và màu cho nguồn nớc nhận. ở Việt nam sự ô nhiễm này là rất trầm trọng
do lợng phân bón, thuốc trừ sâu đợc sử dụng với lợng lớn để đạt năng suất cây
trồng cao.
2.II.2.4 Sự ô nhiễm n ớc từ các bãi rác và các chất thải rắn .
Khi ma, nớc ma cuốn trôi các chất thải rắn nhất là ở các bãi rác vào
nguồn nớc mặt đồng thời các chất bẩn cũng bị ngấm xuống nớc ngầm gây ô
nhiễm ảnh hởng đến chất lợng nớc mặt và nớc ngầm. Hiện nay ở Việt nam do
các bãi rác cha đợc thiết kế đúng tiêu chuẩn nên nớc rác từ các nơi đổ rác không
đợc thu gom và xử lý, dẫn đến việc nớc rác làm ô nhiễm nguồn nớc và đất. Nớc
rác chứa rất nhiều các chất ô nhiễm hữu cơ và vô cơ có độc tính cao cho ngời và
7
các hệ sinh thải trong nguồn nớc nhận. Tính trung bình 1 ngày một ngời thải 0,5

kg chất thải rắn từ đó lợng rác cha đợc đa đến bãi rác nó tồn đọng trên đờng phố
cũng góp phần đáng kể cho sự ô nhiễm môi trờng. Các rác thải độc hại trong
nhà máy hay bệnh viện không đợc phân loại và xử lý là những nguồn ô nhiễm
rất nguy hiểm.
2.II.2.5 N ớc thải từ bệnh viện .
Nớc thải từ bệnh viện là nớc thải chứa rất nhiều hoá chất, bệnh phẩm và
vi trùng nếu không đợc qua xử lý mà thải ra cống rãnh chung sẽ là nguồn ô
nhiễm rất nguy hiểm độc hại không chỉ cho nguồn nớc nhận mà còn cho ngời
và động thực vật. Tại Việt nam do nhiều nguyên nhân trong đó có nguyên nhân
về kinh phí hạn hẹp nên ít bệnh viện lắp đặt hệ thống xử lý nớc thải, cá biệt có
trạm xử lý nhng lại bị hạn chế về kinh phí để duy trì hoạt động và sửa chữa. Do
đó nớc thải bệnh viện hiện đang là nguồn ô nhiễm rất đáng kể.
.
2.III. Tổng quan về các ph ơng pháp xử lý n ớc thải bằ con đ ờng sinh
học.
Về nguyên tắc thì Phơng pháp xử lý sinh học đợc dựa trên cơ sở sử dụng
các quá trình hoạt động sống của vi sinh vật để phân huỷ các chất ô nhiễm trong
nớc thải. Quá trình hoạt động sống của vi sinh trong tự nhiên chính là quá trình
trao đổi chất để duy trì sự sống của vi sinh trong tự nhiên. Trong sự trao đổi
chất này vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ, một số khoáng chất trong nớc
hoặc trong một số trờng hợp cùng với nguồn ôxy trong không khí thải làm
nguồn dinh dỡng để chuyển hoá thành năng lợng và kết quả của các phản ứng
sinh hoá này là khí thải CO2, nớc và tạo ra những vi sinh vật mới, do đó làm
tăng sinh khối của quần thể vi sinh vật. Quá trình này về thực chất là quá trình
oxyhoá sinh học. Đồng thời, do lợng chất hữu cơ bị tiêu thụ cho quá trình trao
8
đổi chất nên nồng độ chất hữu cơ sẽ giảm đi và kết quả là nớc thải sẽ đợc làm
sạch hơn bởi các vi sinh vật.
2.III.1 Điều kiện của n ớc thải có thể xử lý sinh học .
Để cho quá trình chuyển hoá vi sinh xẩy ra đơc thì vi sinh vật phải tồn tại

đơc trong môi trờng xử lý. Muốn vậy thì nớc thải đợc xử lý sinh học phải thoả
mãn các điều kiện sau:
- Nớc thải không có chất độc với vi sinh vật nh các kim loại nặng, dẫn
xuất phenol và cyanua, các chất thuộc loại thuốc trừ sâu và diệt cỏ, hoặc nớc
thải không đợc có hàm lợng axit hay kiềm cao quá, không đợc chứa dầu mỡ
- Trong nớc thải hàm lợng các chất hữu cơ dễ phân huỷ so với các chất
hữu cơ chung phải đủ lớn, điều này thể hiện qua tỷ lệ giá trị hàm lợng BOD /
COD

0,5 .
2.III.2 Nguyên lý của quá trình ôxy hoá sinh học
Cơ chế của quá trình :
Quá trình ôxy hoá sinh hoá các chất hữu cơ trong môi trờng nớc
thải chính là quá trình phân huỷ các chất hữu cơ của các vi sinh vật.
Qúa trình này gồm ba giai đoạn, diễn ra với tốc độ khác nhau nhng có
quan hệ chặt chẽ với nhau.
-Giai đoạn khuyếch tán chất hữu cơ từ nớc thải tới bề mặt các tế bào vi
sinh vật. Tốc độ của giai đoạn này do quy luật khuyếch tán và trạng thái thuỷ
động của môi trờng quyết định.
-Giai đoạn chuyển các chất hữu cơ đó qua màng bán thấm của tế bào do
sự chênh lệch bên trong và bên ngoài của tế bào .
-Giai đoạn chuyển hoá sinh hoá các chất trong tế bào vi sinh vật, để tạo
ra năng lợng, tổng hợp tế bào mới và có thể tạo ra các chất mới.

9
2.III.3 Tác nhân sinh học trong quá trình xử lý .
Vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý sinh học là vi sinh vật. Hệ vi sinh
vật trong nớc nói chung và trong nớc thải nói riêng rất đa dạng và phong phú,
phụ thuộc vào bản chất của nớc và nớc thải cũng nh các điều kiện về môi trờng.
Thờng trong nớc thải có chứa nhiều loài: vi khuẩn, nguyên sinh động vật,

protoza...
Vi sinh vật tham gia vào các quá trình xử lý nớc thải đợc sử dụng chủ yếu
dới hai dạng: bùn hoạt tính hoặc màng màng sinh học.
+ Bùn hoạt tính: Là huyền phù vi sinh vật trong nớc thải dới dạng bông
màu nâu vàng có kích thớc 3 5 micromét, bông này khi tụ hợp lại với nhau
thì dễ lắng. Bùn hoạt tính có cấu tạo gồm các vi sinh vật, vi khuẩn, các nguyên
sinh động vật protoza... phát triển thành sinh khối nhầy và chắc.
Hoạt tính của vi sinh vật là kết quả của sự vận chuyển ôxy vào bông sinh
học. Trong điều kiện khuấy trộn và làm thoáng ở bể với bùn hoạt tính thông th-
ờng bông sinh học có một lớp phủ trên bề mặt đợc gọi là bề mặt hiếu khí. Tính
chất lắng và nén của bùn hoạt tính là hai chỉ tiêu chính để đánh giá sự thành
công của phơng pháp xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính. Việc tạo bông liên
quan chặt chẽ tới tốc độ phát triển của vi sinh vật và phụ thuộc vào bản chất của
chất ô nhiễm, nồng độ ôxy hoà tan và mức độ chảy rối.
+ Màng sinh học ( Màng sinh vật ).
Màng sinh học là một hệ thống vi sinh vật phát triển trên bề mặt các vật
liệu xốp, tạo thành màng dày 1-3mm. Màng sinh học cũng bao gồm các vi
khuẩn, nấm nguyên sinh động vật ...
Màng sinh học tuy mỏng nhng có cấu tạo gồm hai lớp :
- Lớp yếm khí ở sát môi trờng lọc.
- Lớp hiếu khí ở bên ngoài lớp yếm khí.
10
Qúa trình xảy ra ở màng sinh học(màng lọc sinh học) thờng đợc xem nh
quá trình hiếu khí nhng thực chất là hệ thống vi sinh vật hiếu yếm khí. Khi
dòng nớc thải chảy trên lớp màng sinh vật, các chất hữu cơ và oxy hoà tan
khuyếch tán qua màng và ở đó diễn ra các quá trình trao đổi chất. Sản phẩm của
quá trình trao đổi chất (CO
2
)thải ra ngoài qua màng. Trong suốt quá trình, oxy
hoà tan luôn đợc bổ xung từ không khí. Theo thời gian, màng sinh học dầy dần

lên.

2.III.4 Các ph ơng pháp sinh học xử lý n ớc thải và các hình thức xử lý
n ớc thải
2.III.4.1 Các ph ơng pháp sinh học xử lý n ớc thải.
+Phơng pháp hiếu khí :
Sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí (để đảm bảo hoạt động sống của
chúng cần cung cấp ôxy liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng20
0
C - 40
0
C)
Phơng trình sinh hoá tổng quát các phản ứng ôxy hoá sinh hoá ở điều
kiện hiếu khí
CxHyOzN+(x+y/3+z/3+3/4)O
2

xCO
2
+(y-3/2)H
2
0+NH
3
+E (1)
CxHyOzN +NH
3
+O
2

C
5
H
7
NO
2
+CO
2
+ E (2)
trong đó : CxHyOzN là chất hữu cơ có trong nớc thải
C
5
H
7
NO
2
là công thức theo tỉ lệ trung bình các nguyên tố
chính của tế bào vi sinh vật
E là năng lợng
Phơng trình (1) biểu diễn sự ôxy hoá các chất hữu cơ để đáp ứng nhu cầu
năng lợng của tế bào.
Phơng rtình (2) biểu diễn quá trình tổng hợp để tạo ra tế bào hay vi khuẩn
mới


11
Lợng ôxy tiêu tốn cho các phản ứng này chính là giá trị tổng BOD của n-
ớc thải. Nh vậy nếu tiếp tục quá trình ôxy hoá khi không còn đủ chất dinh dỡng
sẽ diễn ra quá trình ôxy hoá chất liệu tế bào
C

5
H
7
NO
2
+ 50
2
vsv

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

NH
3
+O
2


v sv
HNO
2
+ O
2

vsv

H NO
3
+ Phơng pháp yếm khí :
Là phơng pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hô hấp yếm khí, thực hiện
quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy. Sản phẩm
cuối cùng của quá trình oxy hoá sinh hoá này là tạo ra các chất hữu cơ đơn giản
có mạch cacbon ngắn hơn nh CH
4
, CH
3
COOH, CO
2
. . .
Với nhiều công trình xử lý nớc thải khác nhau ta thấy rằng xử lý nớc thải
bằng phơng pháp sinh học có hiệu quả xử lý cao nhng thời gian xử lý kéo dài.
Tuy nhiên một đặc trng rất quan trọng đối với xử lý sinh học là quá trình này
không gây ô nhiễm thứ cấp, tức là không tạo ra các sản phẩm có thể tiếp tục gây
ô nhiễm nớc. Ngoài ra xử lý sinh học còn có mọt số u điểm quan trọng sau đây:
- Xử lý triệt để với hiệu suất cao.
- ít sử dụng hoá chất, không gây độc hại.
- Có hiệu quả kinh tế. Có thể tận dụng sản phẩm của quá trình xử
lý (bùn sinh học và khí sinh học) để làm phân bón, khí đốt...
2.III.4.2 Các hình thức xử lý sinh học n ớc thải .
Trong điều kiện tự nhiên .
Cánh đồng lọc :

12
Là phơng pháp sử dụng các hệ động thực vật trên và trong lòng đất để xử
lý các chất hữu cơ trog nớc thải khi chúng đợc phun dới dạng tới trên một
khoảng đất có cây cơ nào đó. Phơng pháp này đòi hỏi phải có diện tích đất lớn.

Tuy nhiên việc xử lý nớc thải bằng phơng pháp này đơn giản, hiệu quả xử lý cao
: 90% các chất hữu cơ có thể đợc xử lý, không còn vi sinh vật gây bệnh trứng kí
sinh trùng nhờ ánh sáng mặt trời .
Phơng pháp này phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện tự nhiên, đồng thời hệ
thống mơng dẫn hở và bụi sơng nớc thải khi hun có thể gây ra ô nhiễm thứ cấp
cho môi trờng không khí .
Hồ sinh học :
Trong hồ sinh học diễn ra các quá trình sinh hoá liên tiếp. Trớc tiên, các
chất hữu cơ bị vi sinh vật phân huỷ. Các sản phẩm tạo thành từ sự phân huỷ sẽ
đợc rong tảo trong hồ sử dụng để làm nguồn dinh dỡng. Hoạt động sống của
rong tảo và các thực vật trong hồ lại là nguồn tạo ra oxy tự do hoà tan trong nớc
để vi sinh vật sử dụng để phát triển sinh khối.
Có nhiều loại xử lý bằng phơng pháp hồ sinh học nh sau:
Hồ yếm khí:
Là phơng pháp sử dụng các vi sinh vật yếm khí phân huỷ các chất bẩn
hoà tan và lắng trong lớp bùn trầm tích của hồ. Chất lợng nớc sau xử lý do vậy
cho hiệu quả không cao: BOD vẫn ở mức nồng độ : 100
ữ
300 mg / l .
Hồ hiếu khí tuỳ tiện :
Là loại hồ phổ biến trong thực tế xử lý nớc thải. Trong hồ diễn ra hai quá
trình song song.
- Oxy hoá sinh hoá hiếu khí các chất bẩn hoà tan.

13
- Lên men metan ( yếm khí ) cặn lắng ở đáy hồ.
Hồ hiếu khí ( hồ hiếu khí làm thoáng tự nhiên )
Khi đó oxy đợc cấp vào nhờ khuyếch tán qua mặt thoáng chủ yếu nhờ
khả năng quang hợp của rong tảo.
Hồ sinh học có khả năng xử lý lợng nớc thải lớn và có tải lợng ô nhiễm

cao, chi phí vận hành thấp và sử dụng đợc nguồn vi sinh vật có sẵn trong tự
nhiên. Tuy nhiên đòi hỏi phải có diện tích mặt bằng lớn, thời gian lu nớc kéo
dài, có thể gây ô nhiễm đến môi trờng xung quanh. Do vậy, nên kết hợp chức
năng làm sạch nớc thải với các mục đích khác nhau nh nuôi trồng thuỷ sản tới
tiêu cho nông nghiệp.
Trong điều kiện nhân tạo.
+ Bể thông khí sinh học Aeroten.
Là phơng pháp làm sạch sinh học với bùn hoạt tính.
Nguyên lý :
Bể aeroten là một bể phản ứng sinh học trong đó khí đợc cung cấp liên
tục bằng hệ thống sục khí, và trong quá trình này sinh khối bùn đợc khuấy trộn
và làm thoáng đồng thời cùng với nớc thải.

Nớc thải trớc khi xử lý phải đợc lắng sơ bộ để tách các chất bẩn và phải
xử lý sơ bộ để loại các chất độc hại đối với vi sinh vật. Nớc ra khỏi bể aeroten
đợc qua bể lắng đợt 2 để tách bùn. Một phần bùn tách ra đợc hoàn trở lại bể
aeroten. Nớc sau lắng đạt sẽ có thể đạt tiêu chuẩn thải.
Các dạng a eroten
Tuỳ thuộc vào tính chất của nớc thải, hệ thống aeroten có những loại
hình với đặc trng khác nhau.
@ Phân loại theo nguyên lý hoạt động.
- aeroten thông thờng
14
Thích hợp cho xử lý nớc thải phải có BOD

400 mg / l
- aeroten tái sinh bùn .
Sau khi bùn ra đợc vào bể phục hồi bùn rồi mới quay trở lại aeroten, sử
dụng cho loại nớc thải có chứa chất hữu cơ tạo keo khó tan, chậm chuyển hoá.
@ Phân loại theo chế độ thuỷ động lực :

aeroten kiểu đẩy .
aeroten khuấy trộn .
aeroten trung gian .
@ Phân loại theo tải trọng :
aeroten tải trọng thấp .
aeroten tải trọng trung bình .
aeroten cao tải .
+Hệ thống lọc sinh học .
a. Nguyên lý :
Phơng pháp lọc sinh học là một quá trình lọc nớc thải qua môt hệ thống
vật liệu lọc mà trên đó xẩy ra các phản ứng sinh hoá (oxy hoá sinh học các chất
hữu cơ). quá trình lọc đợc thực hiện trong các bể lọc sinh học: là một hệ thống
vi sinh vật sinh trởng và đợc cố định tạo thành lớp màng bám trên bề mặt môi
trờng lọc. Nớc thải chảy trên bề mặt đó và tiếp xúc với màng sinh vật, các chất
hữu cơ và oxy hoà tan khuyếch tán qua màng và ở đó diễn ra quá trình trao đổi
chất. Từ các quá trình trao đổi chất CO
2
đợc thải ra ngoài màng.
Bể lọc có thể có dạng hình hộp hoặc hình trụ,trong đó có chứa vật liệu
lọc dạng xốp tự nhiên hay nhân tạo và có kích thớc hạt thay đổi lọc 1,5 2cm.
Nớc thải đợc dẫn và phân phối đều trên bề mặt lớp vật liệu lọc và đợc lọc qua

15