luận văn thiết kế hệ thống nước rỉ rác

MỤC LỤC
MỤC LỤC 1
MỤC LỤC BẢNG 3
MỤC LỤC HÌNH 4
Chương 1: Chương mở đầu 1
1.1 Đặt vấn đề 1
1.2 Mục đích và nội dung luận văn 1
1.2.1 Mục đích luận văn 1
1.2.2 Nội dung luận văn 1
1.2.3 Phương pháp phân tích 2
1.3 Thời gian thực hiện 2
1.4 Địa điểm lấy mẫu và thực hiện 2
Chương 2: Tổng quan 3
2.1 Hiện trạng về hệ thống thu gom và vận chuyển rác Tp.Hồ Chí Minh 3
2.1.1 Các loại chất thải rắn và phương thức thu gom, vận chuyển: 3
2.2 Thành phần và tính chất nước rác 5
2.2.1 Thành phần nước rác 5
2.2.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ đã được ứng dụng 6
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu 9
3.1 Tổng quan về phương pháp keo tụ 9
3.1.1 Giới thiệu chung 9
3.1.2 Phương pháp keo tụ 9
3.1.3 Cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông bằng trung hòa điện tích 10
3.1.4 Động học của quá trình keo tụ 11
3.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến keo tụ 12
3.2 Tổng quan về phương pháp khử Amonia 14
3.2.1 Ảnh hưởng của Amoni trong quá trình kị khí : 14
3.2.2 Cơ sở lý thuyết 15
3.2.1 Các phương pháp hoá học thường sử dụng: 15
3.3 Tổng quan về phương pháp xử lý sinh học kị khí 18
3.3.1 Khái niệm 18

3.3.2 Động học phản ứng 19
3.3.3 Quá trình xử lý kị khí tiếp xúc 23
3.3.4 Quá trình xử lý kị khí sinh trưởng bám dính 23
3.3.5 Tổng quan về màng vi sinh vật 24
Chương 4: Nội dung và phương pháp nghiên cứu 27
4.1 Sơ lược về phương pháp luận nghiên cứu 27
4.2 Xác định thành phần và tính chất nước rác ban đầu 27
4.3 Thí nghiệm jartest 27
4.3.1 Mô hình thí nghiệm 28
4.3.2 Trình tự tiến hành thí nghiệm 28
4.4 Thí nghiệm sục khí 29
4.4.1 Mô hình thí nghiệm 29
4.4.2 Tiến hành thí nghiệm 30
4.5 Thí nghiệm khuấy kị khí 30
4.5.1 Mô hình thí nghiệm 30
4.5.2 Tiến hành thí nghiệm 31
4.6 Thí nghiệm lọc kị khí tĩnh 31
4.6.1 Mô hình thí nghiệm 31
4.6.2 Tiến hành thí nghiệm 32
Chương 5: Kết quả nghiên cứu và bàn luận 33
5.1 Kết quả nghiên cứu thí nghiệm keo tụ nước rác vào 33
5.1.1 Kết quả thí nghiệm keo tụ đối với phèn Bách Khoa (phèn bùn) 33
5.1.2 Kết quả thí nghiệm keo tụ phèn FeCl3 42
5.1.3 Kết quả thí nghiệm keo tụ đối với phèn FeSO4 52
5.1.4 Bàn luận 61
5.2 Kết quả nghiên cứu thí nghiệm sục khí 62
5.2.1 Kết quả thí nghiệm 62
5.2.2 Đánh giá kết quả 64
5.3 Kết quả nghiên cứu thí nghiệm keo tụ nước rác sau xử lý sinh học 65
5.3.1 Kết quả thí nghiệm keo tụ đối với phèn bùn (phèn Bách Khoa) 65

5.3.2 Kết quả thí nghiệm keo tụ với phèn nhôm (Al2(SO4)3) 69
5.3.3 Kết quả thí nghiệm keo tụ với phèn FeSO4 72
5.3.4 Đánh giá kết quả 76
5.4 Kết quả nghiên cứu bể khuấy kị khí 78
5.4.1 Nồng độ COD 22000 mg/l 78
5.4.2 Nồng độ COD 30000 mg/l 79
5.4.3 Nồng độ COD 33000 mg/l 81
5.4.4 Nồng độ COD 35000 mg/l 82
5.4.5 Đánh giá kết quả 84
5.5 Kết quả nghiên cứu mô hình lọc kị khí tĩnh 85
5.5.1 Nồng độ COD 2500 mg/l 85
5.5.2 Nồng độ COD 3500 mg/l 87
5.5.3 Nồng độ COD 10000 mg/l 90
5.5.4 Nồng độ COD 15000 mg/l 91
5.5.5 Đánh giá kết quả 93
5.5.6 Xác định thông số động học quá trình trong pha Log 95
Chương 6: Kết luận và kiến nghị 97
6.1 Kết luận 97
6.1.1 Kết quả khảo sát hệ thống thực tế 97
6.1.2 Kết quả thu được sau khi chạy mô hình 97
6.2 Hướng phát triển luận văn 98
6.3 Kiến nghị 98
MỤC LỤC BẢNG
Bảng 5.1-1. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 1 (phèn bùn) 33
Bảng 5.1-2. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn bùn) 34
Bảng 5.1-3. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 2 (phèn bùn) 36
Bảng 5.1-4. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu (phèn bùn) 37
Bảng 5.1-5. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn bùn) 38
Bảng 5.1-6. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 2 (phèn bùn) 40
Bảng 5.1-7. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu (phèn FeCl3) 42

Bảng 5.1-8. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn FeCl3) 43
Bảng 5.1-9. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 2 (phèn FeCl3) 45
Bảng 5.1-10. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu (phèn FeCl3) 47
Bảng 5.1-11. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn FeCl3) 48
Bảng 5.1-12. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 2 (phèn FeCl3) 50
Bảng 5.1-13. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu (phèn FeSO4) 52
Bảng 5.1-14. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn FeSO4) 53
Bảng 5.1-15. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 2 (phèn FeSO4) 55
Bảng 5.1-16. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu (phèn FeSO4) 56
Bảng 5.1-17. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn FeSO4) 57
Bảng 5.1-18. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 2(phèn FeSO4) 59
Bảng 5.1-19. So sánh hiệu quả của các loại phèn 62
Bảng 5.2-20. Kết quả thí nghiệm sục khí theo thời gian 62
Bảng 5.3-21. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu (phèn bùn) 65
Bảng 5.3-22. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn bùn) 66
Bảng 5.3-23. Kết qủ thí ngiệm xác định pH tối ưu lần 2(phèn bùn) 67
Bảng 5.3-24. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu (phèn nhôm) 69
Bảng 5.3-25. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn nhôm) 70
Bảng 5.3-26. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 2 (phèn nhôm) 71
Bảng 5.3-27. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu (phèn FeSO4) 72
Bảng 5.3-28. Kết quả thí nghiệm xác định hàm lượng phèn tối ưu (phèn FeSO4) 73
Bảng 5.3-29. Kết quả thí nghiệm xác định pH tối ưu lần 2 (phèn FeSO4) 74
Bảng 5.4-30. Kết quả thí nghiệm nghiên cứu khuấy kị khí 78
Bảng 5.4-31. Kết quả thí nghiệm nghiên cứu khuấy kị khí 79
Bảng 5.4-32. Kết quả thí nghiệm nghiên cứu khuấy kị khí 81
Bảng 5.4-33. Kết quả thí nghiệm khuấy kị khí 82
Bảng 5.5-34. Kết quả thí nghiệm lọc kị khí 85
MỤC LỤC HÌNH
Hình 2. 1 Cấu trúc hệ thống trung chuyển rác tại Tp.HCM 4
Hình 2. 2 Sơ đồ công nghệ hệ thồng xử lý nước rỉ rác của BCL Gò Cát và Tam Tân

(CENTEMA) 7
Hình 2. 3 Sơ đồ hệ thống xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh của công ty TNHH Quốc Việt 7
Hình 2. 4 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh theo thiết kế CTA 8
Hình 2. 5 Sơ đồ hệ thống xử lý của bãi chôn lấp 1 (USEPA) 8
Hình 3. 1 Đồ thị xác định hằng số tốc độ keo tụ 12
Hình 3. 2 Cân bằng acid –bazơ và khả năng đệm trong quá trình biến đổi kị khí 14
Hình 4. 1 Mô hình thí nghiệm jartest 28
Hình 4.2 Mô hình thí nghiệm sục khí 29
Hình 4.3 Mô hình thí nghiệm khuấy kị khí 30
Hình 4.4 Mô hình thí nghiệm lọc kị khí 31
Hình 6.1: sơ đồ công nghệ đề xuất xử lý nước ép rác trạm trung chuyển 97
Chương 1: Chương mở đầu
Chương 1: Chương mở đầu
1.1 Đặt vấn đề
Hiện nay vấn đề ô nhiễm môi trường đang được quan tâm và chú ý nhiều. Trong đó
tình trạng ô nhiễm ở các bãi rác đang là mối bức xúc của người dân và các ban ngành liên
quan, đặc biệt là nước rác.
Có nhiều công trình nghiên cứu xử lý nước rác nhưng áp dụng thực tế chưa có kết
quả tốt. Đây là một loại nước thải đặc biệt, tính chất nước thải không ổn định, có nhiều
chất độc hại nên rất khó điều chỉnh công nghệ thích hợp.
Hiện nay nước ép rác tại các bãi trung chuyển trong thành phố Hồ Chí Minh đều
được đưa về xử lý tại các bãi rác cùng nước rỉ rác. Nước ép rác có nồng độ ô nhiễm cao
hơn nước rỉ rác nhưng thành phần độc hại ít hơn nhiều. Nếu trộn chung hai loại nước thải
thành nước thải mới có nồng độ ô nhiễm cao và độc hại là rất khó xử lý đạt kết quả.
Trước tình hình đó, một giải pháp đặt ra là xử lý riêng nước ép rác tại các trạm trung
chuyển. Luận văn này xin nêu một số kết quả nghiên cứu nước ép rác bằng phương pháp
hoá lý và lọc kị khí.
1.2 Mục đích và nội dung luận văn
1.2.1 Mục đích luận văn
• Xử lý nước ép rác bằng phương pháp hoá lý.

• Xử lý nước ép rác bằng phương pháp sinh học.
• Từ quá trình nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý của dây chuyền công nghệ đề
ra.
1.2.2 Nội dung luận văn
Nghiên cứu xử lý nước ép rác bằng phương pháp hoá lý trong giai đoạn đầu của
quá trình xử lý:
•
Thí nghiệm keo tụ khử COD và Calci trên một số loại phèn của nước rác mới.
•
Thí nghiệm loại bỏ N-NH
3
sau quá trình keo tụ để vào quá trình xử lý sinh
học, quá trình thay đổi pH trong thí nghiệm.
•
Thí nghiệm keo tụ khử COD sau quá trình xử lý sinh học để đạt tiêu chuẩn
thải khi quá trình sinh học làm việc ở tải trọng COD cao.
1
Chương 1: Chương mở đầu
Nghiên cứu xử lý nước ép rác bằng phương pháp sinh học ở giai đoạn đầu của
quá trình xử lý:
•
Thí nghiệm xử lý sinh học trong bể khuấy kị khí với nước rác mới
•
Thí nghiệm xử lý sinh học trên mô hình lọc kị khí tĩnh với nước rác sau bể
khuấy kị khí
•
Đề xuất phương pháp xử lý.
1.2.3 Phương pháp phân tích
Các chỉ tiêu được phân tích theo Standard Methods, 1995 (phụ lục).
1.3 Thời gian thực hiện

Thời gian thực hiện luận văn: 1/9/2004 – 17/12/2004.
1.4 Địa điểm lấy mẫu và thực hiện
Mẫu nước ép rác được lấy tại trạm trung chuyển số 1, 12B Quang Trung, F12, quận
Gò Vấp, Thành phố Hồ Chí Minh, trong khoảng 8h – 9 h sáng.
Thí nghiệm chạy mô hình và phân tích kết quả được thực hiện tại phòng thí nghiệm
khoa Môi Trường, Đại Học Bách Khoa Hồ Chí Minh.
2
Chương 2:Tổng quan
Chương 2: Tổng quan
2.1 Hiện trạng về hệ thống thu gom và vận chuyển rác Tp.Hồ Chí Minh
2.1.1 Các loại chất thải rắn và phương thức thu gom, vận chuyển:
Chất thải rắn tại tp.HCM được chia thành 4 loại chính là: rác sinh hoạt, rác xây
dựng, rác cơ sở y tế và rác công nghiệp. Mỗi loại rác này sẽ có một qui trình thu gom, vận
chuyển đặc trưng.
2.1.1.1 Rác sinh hoạt:
Rác sinh hoạt được thu gom sơ cấp từ hộ dân ra các bô rác, điểm hẹn, và từ các bô
rác và điểm hẹn được vận chuyển về các trạm trung chuyển. Tại đây, rác được ép vào các
container và đưa đến bãi rác Tam Tân-Củ Chi và Gò Cát-Hóc Môn để chôn lấp. Theo
thống kê khối lượng rác về 2 địa điểm trên xấp xỉ 5.000tấn/ngày.
2.1.1.2 Rác xây dựng:
Rác xây dựng là CTR được thải ra trong quá trình xây dựng, phá dỡ, cải tạo, duy
tu, sữa chữa công trình như xà bần, đất cặn, bùn cống, nhánh cây…
2.1.1.3 Rác y tế:
Là CTR thải ra trong quá trình điều trị bệnh, bao gồm 2 loại:
•
Rác sinh hoạt.
•
Rác y tế: bông, băng, kim tiêm…
Rác sinh hoạt được vận chuyển đến trạm trung chuyển hoặc khu xử lý rác sinh
hoạt, rác y tế được đem đốt.

2.1.1.4 Rác công nghiệp:
Hiện nay thành phố Hồ Chí Minh chưa kiểm soát cũng như chưa có hệ thống thu
gom vận chuyển và xử lý cho loại rác này. Việc thu gom vận chuyển do các cơ sở tự giải
quyết theo 2 hướng:
•
Loại không thể tái chế (rác thải sinh hoạt và rác thải từ sản xuất): được cơ sở
thu gom và ký hợp đồng với các đơn vị vệ sinh môi trường để có biện pháp xử
lý thích hợp nhưng thường là đổ chung với rác sinh hoạt.
3
Chương 2:Tổng quan
•
Loại có thể tái chế, tái sử dụng: được phân loại và bán cho các cơ sở sản xuất
sử dụng cho các mục đích khác hoặc tái chế.
2.1.1.5 Cơ cấu, thành phần hệ thống trung chuyển:
2.1.1.5.1 Cơ cấu hệ thống
Rác từ nguồn phát sinh sẽ được thu gom vận chuyển đến một trong những thành
phần của hệ thống trung chuyển là điểm hẹn, bô rác và các trạm trung chuyển. Từ điểm
hẹn, bô rác; CTR sẽ được vận chuyển thẳng đến khu xử lý hoặc qua các trạm trung
chuyển để rồi cuối cùng cũng được đưa về các bãi chôn lấp của thành phố. Qui trình này
có thể được thể hiện như sau:
Hình 2. 1 Cấu trúc hệ thống trung chuyển rác tại Tp.HCM
2.1.1.5.2 Trạm trung chuyển:
Là công trình được sử dụng để tiếp nhận rác từ các xe thu gom có tải trọng nhỏ để
chuyển sang xe có tải trọng lớn vận chuyển đến khu xử lý. Trạm được xây dựng kiên cố,
có nền bêtông cứng, mái che và có hệ thống xử lý mùi, bụi…
Tuỳ vào mỗi loại rác mà có các trạm trung chuyển tiếp nhận khác nhau:
Hệ thống
trung
chuyển
Khu xử lý

Nguồn
phát sinh
Trạm rác ép
kín/Trạm trung
chuyển
Bô rácĐiểm hẹn
4
Chương 2:Tổng quan
2.2 Thành phần và tính chất nước rác
2.2.1 Thành phần nước rác
Thành phần và tính chất nước ép rác dao động rất lớn, có thể thay đổi từ trạm trung
chuyển này đến trạm trung chuyển khác. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất nước rác
như thành phần rác, thời gian, thời tiết, điều kiện khu vực, nhiệt độ, v.v…
Nước rác mới thường có nồng độ COD thấp, dao động từ 20000 - 4000mg/l, pH
trong khoảng 4.0 – 5.6.Tỉ số BOD:COD cao trong khoảng 0.8 – 0.9. Đây là loại nước rác
có nồng độ SS, Calci, kim loại nặng (chủ yếu là sắt) hoà tan cao. Tuy nhiên các chất hữu
cơ chủ yếu dễ phân huỷ. Nước có mùi chua nồng và màu vàng đục. Nước này thu được
chủ yếu do quá trình nén ép thể tích khối rác bằng cơ học.
Bên cạnh hàm lượng COD cao, tổng hàm lượng nitơ rất cao trong nước rác. Hàm
lượng nitơ cao sẽ kích thích sự phát triển của phiêu sinh thực vật như rong tảo, tạo điều
kiện phú dưỡng hoá nguồn tiếp nhận. Điều này có thể dẫn đến làm bẩn nguồn nước trở
lại, gây thiếu hụt DO trong nước. Nếu hàm lượng NH
3
(amonia không phân ly hoặc
amonia tự do) cao có thể gây chết cá.Tỉ lệ hàm lượng amonia (NH
3
+ NH
4
+
) so với tổng

nitơ tăng dần theo thời gian. Trong quá trình kị khí, nitơ hữu cơ sẽ chuyển hoá thành
amonia.
Bảng 3. 1 Thành phần và tính chất nước rác điển hình
Nguồn : Integrated Solid Waste Management
Thành phần
Bãi mới
Bãi lâu năm
(Trên 10 năm)
Khoảng Trung bình
Nhu cầu oxy hóa sinh hóa
(BOD
5
),mg/l
Tổng lượng cacbon hữu cơ
(TOC),mg/l
Nhu cầu oxy hóa hóa học
(COD), mg/l
Tổng chất rắn lơ lửng (TSS),
mg/l
Nitơ hữu cơ, mg/l
Amoniac, mg/l
2000 – 20 000
1500 – 20 000
3000 – 60 000
200 – 2000
10 – 800
10 – 800
5 – 40
10 000
6000

18 000
500
200
200
25
100 – 200
80 – 160
100 – 500
100 – 400
80 – 120
20 – 40
5 – 10
5
Chương 2:Tổng quan
Nitrat, mg/l
Tổng lượng Photpho, mg/l
Orthophotpho, mg/l
Độ kiềm theo CaCO
3
, mg/l
Độ pH
Canxi, mg/l
Clorua, mg/l
Tổng lượng sắt, mg/l
Sulfat, mg/l
5 – 100
4 – 80
1000 – 10 000
4,5 – 7,5
50 – 1500

200 – 3000
50 – 1200
50 – 1000
30
20
3000
6
250
500
60
300
5 – 10
4 – 8
200 – 1000
6,6 – 7,5
50 – 200
100 – 400
20 – 200
20 – 50
2.2.2 Sơ đồ dây chuyền công nghệ đã được ứng dụng
2.2.2.1 Dây chuyền công nghệ trong nước
2.2.2.1.1 BCL Gò Cát
Trung Tâm Công Nghệ Môi Trường (CENTEMA, 2002) đã nghiên cứu xử lý nước
rỉ rác Gò Cát có hàm lượng 50.000 – 60.000 mg COD/ l với qui mô pilot 1m3/h.
Kết quả cho thấy hiệu quả khử COD rất cao sau hai tháng vận hành (trên 98%). Tuy
nhiên COD không phân huỷ còn lại sau xử lý hiếu khí dao động trong khoảng 380 – 1.100
mg/l.
6
Chương 2:Tổng quan
Hình 2. 2 Sơ đồ công nghệ hệ thồng xử lý nước rỉ rác của BCL Gò Cát và Tam

Tân (CENTEMA)
2.2.2.1.2 BCL Đông Thạnh
Công nghệ xử lý nước rỉ rác BCL Đông Thạnh của Công Ty Quốc Việt áp dụng hệ
hồ này đơn giản, phù hợp ở những nơi có diện tích mặt bằng rộng và để vận hành. Như
kết quả phân tích của công ty Quốc Việt đưa ra, với chất lượng nước đầu vào có COD =
3.094 mg/l, chất lượng nước rỉ rác sau xử lý đạt yêu cầu xả ra nguồn loại B (COD = 78
mg/l). Tuy nhiên khi đi vào chi tiết về hoá chất sử dụng, tính toán / chi tiết công trình đơn
vị và xử lý bùn lắng, công nghệ này còn nhiều điểm chưa rõ ràng và chưa có tính thuyết
phục cao.
Hình 2. 3 Sơ đồ hệ thống xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh của công ty TNHH
Quốc Việt
Công nghệ của công ty CTA thể hiện trong hình 2.4. Các công nghệ trên đều ứng
dụng quá trình hồ sinh học, đòi hỏi mặt bằng lớn. Quá trình hồ với sự tham gia của thực
7
Chương 2:Tổng quan
vật nước như tảo, lục bình có thể đạt hiệu quả cao trong xử lý ammonia đối với nước rỉ
rác của BCL lâu năm (hàm lượng BOD thấp).
Hình 2. 4 Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý nước rỉ rác Đông Thạnh theo thiết kế CTA
2.2.2.2 Dây chuyền công nghệ ngoài nước
Xử lý sinh học được sử dụng ở đây chủ yếu để khử N-ammonia (99%) và COD
(91%) Các hàm lượng chất hữu cơ độc và kim loại nặng giảm đáng kể.
Hình 2. 5 Sơ đồ hệ thống xử lý của bãi chôn lấp 1 (USEPA)
8
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu
3.1 Tổng quan về phương pháp keo tụ
3.1.1 Giới thiệu chung
Keo tụ là một phương pháp xử lý nước có sử dụng hóa chất, trong đó các hạt keo
nhỏ lơ lửng trong nước nhờ tác dụng của chất keo tụ mà liên kết với nhau tạo thành bông
keo có kích thước lớn hơn và ta có thể tách chúng ra khỏi nước dễ dàng bằng các biện

pháp lắng, lọc hay tuyển nổi. Các chất keo tụ thường được sử dụng là phèn nhôm, phèn
sắt dưới dạng dung dịch hòa tan, các chất điện li hoặc các chất cao phân tử,…
3.1.2 Phương pháp keo tụ
Trong công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp keo tụ, người ta thường sử dụng
phương pháp keo tụ dùng hệ keo ngược dấu như các muối nhôm hoặc sắt.
Trong quá trình này người ta sử dụng muối nhôm hoặc sắt hóa trị III, còn gọi là
phèn nhôm hay phèn sắt làm chất keo tụ. Các muối này được đưa vào nước dưới dạng
dung dịch hòa tan, trong dung dịch chúng phân li thành các anion và cation theo phản ứng
sau:
Al
2
(SO
4
)
3
→ Al
3+
+ 3SO
4
2-
FeCl
3
→ 2Fe
3+
+ 3Cl
-
Nhờ hóa trị cao của các ion kim loại, chúng có khả năng ngậm nước tạo thành các
phức chất hexa Me(H
2
O)

6
3+
(trong đó Me có thể là Al hoặc Fe). Tùy thuộc vào giá trị pH
của môi trường mà chúng có khả năng tồn tại ở các điều kiện khác nhau, thí dụ với nhôm
các phức chất này tồn tại ở pH từ 3 → 4; với sắt chúng tồn tại ở pH từ 1 → 3.
Khi tăng pH các phản ứng xảy ra như sau:
Me(H
2
O)
6
3+
+ H
2
O → Me(H
2
O)
5
OH
2+
+ H
3
O
+
Tăng axit: Me(H
2
O)
5
2+
+ H
2

O → Me(H
2
O)
4
(OH)
2
+
+ H
3
O
+
Tăng kiềm: Me(H
2
O)
4
(OH)
2
+
+ H
2
O → Me(H
2
O)
3
+
+ 3H
2
O + H
3
O

+
Me(OH)
3
+ OH
-
→ Me(OH)
4
-
Các sản phẩm hydroxit tạo thành trong phạm vi pH từ 3 → 6, đó là sản phẩm mang
nhiều các nguyên tử kim loại, ví dụ Al
3
(OH)
4
5+
. Các hợp chất này mang điện tích dương
và có khả năng kết hợp với các hạt keo mang điện tích âm trong nước thải tạo thành các
9
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý
bông cặn. Các hydroxit nhôm hoặc sắt tạo thành khác nhau tùy thuộc vào pH và các điều
kiện của quá trình, song chúng đều là các hợp chất mang điện dương và có hoạt tính tạo
bông keo tụ cao nhờ hoạt tính bề mặt lớn. Các bông keo này khi lắng xuống sẽ hấp phụ,
cuốn theo các hạt keo, cặn bẩn hữu cơ, chất mang mùi vị,… tồn tại ở trạng thái hòa tan
hoặc lơ lửng trong nước. Mặt khác, các ion kim loại tự do còn kết hợp với nước qua phản
ứng như sau:
Al
3+
+ 3H
2
O → Al(OH)
3

+ 3H
+
Fe
3+
+ 3H
2
O → Fe(OH)
3
+ 3H
+
Quan sát quá trình keo tụ dùng keo tụ dùng phèn nhôm, sắt ta thấy có khả năng tạo
ra 3 loại bông cặn như sau:
•
Loại thứ nhất là tổ hợp các hạt keo tự nhiên, loại này chiếm số ít.
•
Loại thứ hai gồm các hạt keo mang điện tích trái dấu nên kết hợp với nhau và
trung hoà về điện tích. Loại này không có khả năng kết dính và hấp phụ trong
quá trình lắng tiếp theo vì vậy số lượng cũng không đáng kể.
•
Loại thứ ba được hình thành từ các hạt keo do thủy phân chất keo tụ với các
anion có trong nên bông cặn có hoạt tính bề mặt cao, có khả năng hấp phụ các
chất bẩn trong khi lắng, tạo thành các bông cặn lớn hơn. Trong xử lý nước
bằng keo tụ, loại thứ ba chiếm ưu thế và có tính quyết định đến hiệu quả keo
tụ.
3.1.3 Cơ chế của quá trình keo tụ tạo bông bằng trung hòa điện tích
Ở đây, các hạt keo hấp phụ lên bề mặt ion dương trái dấu, làm thay đổi điện tích bề
mặt hạt keo. Các ion ngược dấu, đặc biệt là các ion điện tích cao được hấp phụ tạo nên sự
trung hòa điện tích, ví dụ các hydroxit kim loại tích điện dương, các polymer hữu cơ
cation và các ion kim loại hóa trị cao. Các ion này phá vỡ trạng thái bền của hệ keo nhờ
cơ chế nén lớp điện tích kép và cơ chế hấp phụ ion trái dấu trên bề mặt hạt keo, làm giảm

thế điện động zeta, giảm lực đẩy tĩnh điện, tăng lực hút, tạo điệu kiện cho các hạt keo kết
dính vào nhau. Trong đó cơ chế hấp phụ - trung hòa điện tích - đóng vai trò đáng kể.
Tuy nhiên, lượng ion trái dấu đưa vào chỉ có được hiệu quả tối ở một giá trị nào đó,
khi lượng ion trái dấu đưa vào vượt giá trị đó sẽ xảy ra hiện tượng tái ổn định của hệ
keo trong nước, thúc đẩy quá trình tích điện trở lại với các hạt keo, làm tăng thế điện động
zeta và hiệu quả quá trình keo tụ giảm đi.
10
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý
3.1.4 Động học của quá trình keo tụ
Quá trình keo tụ các tạp chất trong nước xảy ra theo các giai đoạn sau đây: giai đoạn
pha trộn các chất keo tụ trong nước, giai đoạn thủy phân chất keo tụ đồng thời phá hủy
trạng thái ổn định của hệ keo và giai đoạn hình thành bông cặn. Khi hệ keo trong nước đã
bị các chất keo tụ làm mất đi trạng thái ổn định của nó thì tốc độ tạo bông keo quyết định
bởi chuyển động tạo ra sự tiếp xúc giữa các hạt keo với nhau. Quá trình tiếp xúc giữa các
hạt keo đạt được nhờ khuếch tán và chuyển động có hướng. Khuếch tán chỉ có tác dụng
để hình thành bông keo nhỏ, muốn hình thành bông keo có kích thước lớn hơn thì phải có
chuyển động định hướng của các hạt để chúng tiếp xúc với nhau. Trong xử lý nước thải
dùng quá trình keo tụ, chuyển động định hướng với vận tốc nhỏ của các hạt có ý nghĩa
đáng kể.
Hiệu quả keo tụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với một nguồn nước cụ thể, khi đã xác
định được loại hóa chất sử dụng và liều lượng tối ưu chỉ còn phụ thuộc vào yếi tố vật lý
đó là cường độ khuấy trộn nước để làm tăng số lượng va chạm giữa các hạt cặn. Dưới tác
động của chuyển động nhiệt, ban đầu các hạt cặn có kích thước nhỏ va chạm và kết dính
tạo thành các hạt có kích thước lớn hớn cho đến khi chúng không còn khả năng tham gia
vào chuyển động nhiệt nữa, lúc này tác động khuấy trộn tham gia vào quá trình tạo bông
cặn lớn hơn. Cường độ khuấy trộn được biểu thị bằng grdient vận tốc G và thời gian phản
ứng tạo thành bông cặn. Trong thực tế, hai đại lượng được xác định bằng thực nghiệm
cho từng trường hợp cụ thể.
Theo cơ chế keo tụ nhanh, thì sự keo tụ là kết quả của sự va chạm giữa hai hạt.Do
đó động học quá trình keo tụ tuân theo phương trình động học của phản ứng bậc hai:

Tích phân (3.2) ta được:
Trong đó: C
0
:nồng độ ban đầu của hệ keo (tại t=0);
C :nồng độ của hệ keo tại thời điểm t;
2
Ck
dt
dC
v
ktuktu
⋅==
dtk
C
dC
ktu
⋅=
2
(3.1)
(3.2)
0
11
CC
tk
ktu
−=⋅
(3.3)
11
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý
k

ktụ
:hằng số tốc độ keo tụ.
Chu kì bán hủy của hệ keo τ
1/2
.
Từ (3.3) có thể thấy rằng :
Nếu xác định thực nghiệm các nồng độ C của hệ keo tại các thời điểm t khác nhau,
thì từ quan hệ tuyến tính giữa 1/C và t. Chúng ta xác định được hằng số tốc độ keo tụ:
k
ktụ
= độ nghiêng góc α
Hình 3. 1 Đồ thị xác định hằng số tốc độ keo tụ
3.1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến keo tụ
3.1.5.1 pH của nước
Ảnh hưởng của pH đối với các chất hữu cơ trong nước.
0
2/1
00
0
2/1
1
11
2
1
Ck
CC
C
k
ktu
ktu

⋅
=
=−=⋅
τ
τ
(3.4)
0
11
C
tk
C
ktu
+⋅=
α
t
1/C
12
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý
Ảnh hưởng của pH đối với tốc độ đông tụ dung dịch keo: tốc độ đông tụ dung dịch
keo và điện thế ξ của nó có quan hệ. Trị số ξ càng nhỏ, lực đẩy giữa các hạt càng yếu, vì
vậy tốc độ đông tụ của nó càng nhanh. Khi điện thế ξ bằng 0, nghĩa là đạt đến điểm đẳng
điện, tốc độ đông tụ của nó lớn nhất.
Dung dịch keo hình thành từ hợp chất lưỡng tính, điện thế ξ của nó và điểm đẳng
điện chủ yếu quyết định bởi trị số pH của nước.Từ một số nguyên nhân trên, đối với nước
cụ thể thì không có phương pháp tính toán trị số pH tối ưu, mà chỉ xác định bằng nghiệm.
Chất lượng nước khác nhau, trị số pH tối ưu khác nhau, nghĩa là cùng một loại nước,
các mùa khác nhau, trị số pH tối ưu cũng có thể thay đổi.
3.1.5.2 Hàm lượng chất keo tụ
3.1.5.3 Nhiệt độ của nước
Khi dùng muối sắt làm chất keo tụ, ảnh hưởng của nhiệt độ nước đối với hiệu quả

keo tụ không lớn.
3.1.5.4 Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ
Quan hệ tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ đến tính phân bổ đều của chất keo
tụ và cơ hội va chạm giữa các hạt keo cũng là một nhân tố trọng yếu ảnh hưởng đến quá
trình keo tụ. Tốc độ khuấy tốt nhất là từ nhanh chuyển sang chậm. Khi mới cho chất keo
tụ vào nước, phải khuấy nhanh vì sự thủy phân của chất keo tụ trong nước và tốc độ hình
thành bông cặn rất nhanh. Cho nên phải khuấy nhanh mới có khả năng sinh thành lượng
lớn bông hydroxit kim loại hạt nhỏ làm cho nó nhanh chóng khuếch tán đến các nơi trong
nước, kịp thời cùng với các tạp chất trong nước tác dụng. Sau khi hỗn hợp hình thành
bông cặn và lớn lên, không nên khuấy quá nhanh, không những bông cặn khó lớn lên mà
nó có thể tan vỡ những bông cặn đã hình thành.
3.1.5.5 Tạp chất trong nước
Nếu cho các ion ngược dấu vào dung dịch nước có thể khiến cho dung dịch keo tụ.
Cho nên ion ngược dấu là một loại tạp chất ảnh hưởng đến quá trình keo tụ.
3.1.5.6 Môi chất tiếp xúc
Khi tiến hành keo tụ hoặc xử lý bằng phương pháp kết tủa khác, nếu trong nước duy
trì một cặn bùn nhất định, khiến quá trình kết tủa càng hoàn toàn, làm cho kết tủa càng
thêm nhanh hơn. lớp cặn bùn đó có tác dụng làm môi chất tiếp xúc. Bề mặt của nó có tác
13
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý
dụng hấp phụ, thúc đẩy quá trình keo tụ. Vai trò của hạt cặn bùn đó như những hạt nhân
kết dính.
3.2 Tổng quan về phương pháp khử Amonia
3.2.1 Ảnh hưởng của Amoni trong quá trình kị khí :
Amoni được sinh ra trong suốt quá trình phân hủy kị khí các chất hữu cơ chứa nitơ
như protein , amino acid .Nitơ vô cơ tồn tại ở hai dạng ion N-NH
4
+
và NH
3

,quá trình
chuyển đổi giữa hai loại này phụ thuộc rất nhiều vào thay đổi pH thể hiện trong phương
trình sau : NH
4
+
↔ NH
3
+ H
+
pK
a
=9.27 ở 35
0
C.
Khi pH tăng lên NH
3
sẽ tăng lên .Tại pH trung tính pH=7 lượng NH
3
chiếm khoảng
0.5% tổng lượng NH
3
và N-NH
4
+
,còn ở pH =8 thì tỉ lệ này tăng lên 5.1% .Điều này có thể
chấp nhận được do giới hạn của NH
3
đối với quá trình thích nghi của vi khuẩn methan
hoá ở khoảng từ 50-80mg/l .Ngoài những ảnh hưởng trên thì cũng như acid béo bay hơi
,amoni còn đóng vai trò của những acid yếu và bazơ yếu tạo nên khả năng đệm cho

nước .Do đó ta có mối quan hệ giữa độ kiềm và acid béo bay hơi như sau :

Hình 3. 2 Cân bằng acid –bazơ và khả năng đệm trong quá trình biến đổi kị khí
.
Điều này làm thay đổi pH của nước, đó chính là lý do giải thích tại sao NH
4
+
giảm
trong quá trình kị khí. Đây là cơ sở để giải thích những kết quả thí nghiệm ở chương sau.
CHONS
Chất thải hữu cơ.
RCOOH
(Acid béo bay hơi )
CO
2
,H
2
O ,NH
3
,H
2
S
H
2
CO
3
↔ NH
4
+
+ HCO

3
-
RCOO
-
+ NH
4
+
+ H
2
O + CO
2
14
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý
Ammonia trong nước thải sinh họat có nồng độ vào khoảng 30 mg/ l. Trong nước rỉ
rác, nồng độ này có thể lên đến vài nghìn mg/ l. Cần phải khử ammonia trong nước thải vì
ba lý do sau:
•
Ammonia có thể đầu độc cá, nồng độ gây độc vào khỏang 2,5 – 25 mg/l
( Klien, 1972). Giá trị này thay đổi tùy theo lòai cá, nhiệt độ nước, pH và sự
có mặt của các hóa chất khác.
•
Quá trình oxy hóa ammonia thành nitrát sử dụng một lượng lớn oxy hòa tan
trong nước khiến lượng oxy trong nước sụt giảm, gây ảnh hưởng thủy sinh.
•
Ammonia có tác dụng như một lọai phân bón nên các lọai rêu mốc dễ phát
triển mạnh trong môi trường có ammonia, gây mất cân bằng sinh thái.
3.2.2 Cơ sở lý thuyết
Nitơ ammonia hiện diện trong nước dưới hai dạng: dạng phân ly NH
4
+

và NH
3
.
Phương trình sau biểu diễn mối quan hệ giữa hai dạng trên:
NH
4
+
+ OH
-
 NH
3
+ H
2
O
Ammonia phân ly được chuyển hóa thành ammonia không phân ly nhờ bazơơ,
chẳng hạn như NaOH. Trong quá trình thêm bazơơ, nhiệt độ của nước thải tăng khiến cho
lượng khí ammonia tự do tạo thành cũng tăng.
3.2.1 Các phương pháp hoá học thường sử dụng:
3.2.1.1 Oxy hóa bằng chlorine:
Là phương pháp châm khí chlorine hoặc muối hypochlorite để oxy hóa ammonia tạo
thành các chloramine trung gian, rồi từ đó tạo thành khí nitơ và axít hydrochloric. Phản
ứng được biểu diễn như sau:

pH>8

Cl
2
+ H
2
O  HCl + HOCl  H

+
+ OCl
-

pH<7

Axít hypochloric sẽ phản ứng với ammonia trong nước thải để tạo ra
monochloramine (NH
2
Cl), dichloramine (NHCl
2
), và trichloramine (NCl
3
). Các phản ứng
này phụ thuộc vào pH, nhiệt độ, thời gian phản ứng và tỉ lệ chlorine với ammonia.
Monochloramine và dichloramine được tạo thành khi pH ở vào khỏang 4,5 đến 8,5. Với
pH trên 8,5; sản phẩm chính sẽ là monochloramine; còn với pH dưới 4,5; sản phẩm chính
15
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý
sẽ là trichloramine. Nếu lượng chlorine châm vào quá mức breakpoint trong điều kiện pH
từ 7 đến 8; sản phẩm monochloramine trung gian sẽ bị oxy hóa tạo thành khí nitơ thóat ra
khỏi pha lỏng. Các bước oxy hóa ammonia được biểu diễn như sau:
Cl
2
+ H
2
O  HOCl + HCl
NH
4
+

+ HOCl  NH
2
Cl + H
2
O + H
+

2 NH
2
Cl + HOCl  N
2
↑ + 3 HCl + H
2
O
Phản ứng tổng hợp:
3 Cl
2
+ 2 NH
4
+
 N
2
↑ + 6 HCl + 2 H
+
Lượng chlorine cần dùng là 3 mole chlorine cho mỗi 2 mole ammonia.
3.2.1.2 Trao đổi ion:
Một lọai zeolit tự nhiên trao đổi cation gọi là clinoptilolite đã được sử dụng cho
việc khử ammonia ( được nghiên cứu bởi Mercer, B.W.Ames, L.L.Touhill, C.J.Van
Slyke, W.J.Dean, R.B. 1970). Trong quá trình trao đổi ion này, dòng thải thứ cấp được xử
lý bằng lọc hỗn hợp, hấp phụ qua than họat tính rồi mới chảy qua cột trao đổi ion. Sau khi

hết khả năng trao đổi, cột clinoptilolite được hoàn nguyên bởi dung dịch nước muối chứa
khỏang 2% NaCl, được kích họat bằng phương pháp điện phân.Dung dịch hoàn nguyên
gồm chủ yếu là các ion NH
4
+
, Ca
2+
, Mg
2+
, Na
+
, và Cl
-
.Trước khi điện phân, Na
2
CO
3
và
NaOH được châm vào để tạo ra càng nhiều CaCO
3
và Mg(OH)
2
càng tốt. Dung dịch hoàn
nguyên chảy qua các điện cực điện phân đang tạo ra Cl
2
ở anốt và H
2
ở catốt. Chlorine
phản ứng với ammonia tạo ra khí N
2

để rồi khí N
2
và H
2
được tách ra ở cuối chu trình.
3.2.1.3 Thổi khí khử amonia
Thổi khí để khử ammonia là phương pháp thổi một lượng không khí lớn qua bề
mặt nước rỉ rác nhằm làm tăng áp suất riêng phần của khí ammonia trong nước để lượng
khí này thóat khỏi pha lỏng.
Kĩ thuật này đã được nghiên cứu bởi nhiều nhà nghiên cứu để xem xét việc liệu nó
có thích hợp cho việc xử lý nước rác hay không. Một vấn đề thường nảy sinh khi sử dụng
phương pháp này là vấn đề nhiệt độ ( ví dụ như nghiên cứu của Daumhaug và Jahren,
1981). Một vấn đề khác là vấn đề kinh tế do lượng khí cần là khá lớn ( Knox, 1983). Hiệu
ứng làm lạnh của luồng khí khi nhiệt độ xuống đến 0 cũng là một khó khăn cho việc vận
hành ( Reynolds, 1982). Tuy nhiên sự sản sinh khí tự nhiên từ cánh đồng ngập nước lại
mang đến những thuận lợi cho việc áp dụng phương pháp này trong điều kiện thực tế.
16
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý
Lượng khí này được sử dụng để làm tăng nhiệt độ nước rỉ rác, giúp cho việc khử
ammonia dễ dàng hơn vì nhiệt độ tăng sẽ làm giảm hiệu ứng làm lạnh cũng như làm tăng
lượng ammonia có thể khử trong nước thải.
Có nhiều phương pháp đã được sử dụng để khử ammonia, bảng sau là sự trình bày
vắn tắt về những ưu, khuyết điểm của mỗi phương pháp:
Bảng 3. 2 Các phương pháp khử amonia
Quá trình Ưu điểm Khuyết điểm
Thổi khí Có thể kiểm sóat quá trình để
đạt được mức độ khử
ammonia mong muốn.
Không nhạy cảm với các tác
nhân gây độc.

Quá trình có thể được sử
dụng để xử lý nước thải đến
mức Nitơ tổng đạt tiêu chuẩn.
Vấn đề nhiệt độ có tác động
lớn nên cần có bộ phận kiểm
sóat nhiệt độ.
Cần chỉnh pH.

Oxi hoá bằng
Clorine
Tất cả nitơ ammonia có thể bị
oxy hóa.
Có thể được sử dụng để khử
ammonia đến mức cao.
Cần ít diện tích.
Không bị ảnh hưởng bởi các
tác nhân gây độc.
Không bị ảnh hưởng bởi nhiệt
độ.
Chi phí đầu tư thấp.
Có thể tạo ra lương cặn
chlorine lớn gây độc cho đời
sống thủy sinh.
Nhạy cảm với pH.
Chi phí vận hành cao.
Việc châm chlorine làm tăng
TDS.
Cần những biện pháp kiểm
sóat tốt để tránh tạo thành khí
nitơ triclorua.

Cần đội ngũ vận hành có tay
nghề.
Trao đổi ion Nuớc thải đầu ra có mức
ammonia không gây hại thủy
sinh và nitơ tổng đạt chuẩn.
Dễ kiểm sóat các sản phẩm
của quá trình .
Cặn hữu cơ có thể kết tụ.
Nước thải có nồng độ các
cation khác cao sẽ làm giảm
hiệu suất khử ammonia.
Chi phí đầu tư và vận hành
cao.
Cần đội ngũ vận hành có tay
nghề.

Như trên cho thấy, cả phương pháp trao đổi ion và chlorine hóa đều cần chi phí cao
và đội ngũ vận hành có tay nghề. Biện pháp thổi khí có điểm bất lợi lớn nhất là phải điều
17
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý
chỉnh pH. Trong thực tế việc chuyển hóa các ion ammonium sang khí ammonia là tính
chất của cả nhiệt độ và pH.
3.3 Tổng quan về phương pháp xử lý sinh học kị khí
3.3.1 Khái niệm
Quá trình phân hủy kị khí là quá trình phân huỷ các hợp chất hữu cơ không có sự
hiện diện của khí oxy. Quần thể vi sinh hoạt tính trong quá trình phân huỷ kị khí thực hiện
một quá trình phức tạp bao gồm nhiều loài vi khuẩn và nhiều bước trung gian. Nếu vật
chất bao gồm các hợp chất phức tạp đầu tiên chúng được thuỷ phân thành các hợp chất
đơn giản sau đó chúng được lên men thành các acid bay hơi bởi các vi khuẩn lên men
axít. Các acid bay hơi có mạch dài hơn hai carbon được chuyển hoá thành acetate và khí

H
2
bởi các vi khuẩn axêtát hóa tạo thành khí hydro. Cuối cùng acetate và H
2
được chuyển
hoá thành CH
4
bởi các vi khuẩn mêtan hóa.
•
Cặn hữu cơ: CH
4
+ CO
2
+ H
2
+ N
2
+ H
2
S
•
Các vi khuẩn
Quá trình phân huỷ kị khí có thể chia thành 6 bước :
(l) Thủy phân các polymer: thủy phân các protein, thủy phân các
polysaccharide, thuỷ phân các chất béo.
(2) Lên men các amino acid và các đường
(3) Oxy hoá kị khí các acid béo và các rượu bậc cao
(4) Oxy hoá kị khí các acid béo bay hơi ngoại trừ acetic acid
(5) Tạo methane từ acetic acid
(6) Tạo methane từ hydrogen và carbon dioxide

Các bước này có thể được chia thành 4 giai đoạn :
•
Quá trình thủy phân : các ion hòa tan được chuyển hoá thành các hợp chất
tan, đơn giản hơn (các đường, các amino acid, các chất béo ) nhờ các enzyme
của vi khuẩn lên men.
•
Quá trình lên men axít : các hợp chất tan được chuyển hóa thành các hợp chất
đơn giản nhờ vi khuẩn lên men. Các hợp chất đó là : các acid béo bay hơi, các
rượu, lactic acid, methanol, CO
2
, H
2
,NH
3
, H
2
S và tạo sinh khối.
18
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý
•
Quá trình axêtát hóa : các hợp chất của quá trình lên men được chuyển hóa
thành acetat, H
2
, CO
2
và tạo sinh khối.
•
Quá trình mêtan hóa: là giai đoạn cuối của quá trình phân huỷ kị khí. Acetic
acid, H
2

, CO
2
, formic acid và methanol được chuyển thành methane, carbon
dioxide và sinh khối.
3.3.2 Động học phản ứng
Áp dụng phương trình Monod cho sự phát triển của vi khuẩn trong bể khuấy trộn
hoàn toàn (CSTR) ở trạng thái ổn định :
•
Nồng độ vật chất giới hạn sự phát triển tại đầu ra không phụ thuộc đầu vào.
•
Không có sự thay đổi nồng độ vật chất và sinh khối
3.3.2.1 Tốc độ sử dụng vật chất
-(dS / dt) = u
max
.X.S / Y(K
s
+ S) = k.X.S / (K
s
+ S)
dS / dt : tốc độ sử dụng vật chất (mg/1.t)
X : nồng độ sinh khối (mg/1)
S : nồng độ vật chất giới hạn sự phát triển (mg/1)
u
max
: hằng số tốc độ phát triển maximum (l/d)
Y : tỉ lệ lượng thức ăn được chuyển hóa thành sinh khối (mg/1 VSS / mg/1 COD)
Đối với các phản ứng kị khí Y = 0.08 đến 0.2kgVSS / kgBOD
5
K
s

: nồng độ vật chất tại đó u = l/2 u
max
(mg/1 )
k : tốc độ maximum của việc sử dụng vật chất trên đơn vị khối lượng của sinh khối
(gCOD/gVSS.d) với u
max
= Y.k
3.3.2.2 Hằng số tốc độ phát triển
u = u
max
.S / (K
s
+ S) - b
b : hằng số tốc độ phân huỷ sinh khối ( l/d)
Quá trình phân huỷ kị khí có giá trị K
s
lớn hơn gấp 10 lần khi so với quá trình phân
huỷ hiếu khí do đó hằng số tốc độ phát triển của quá trình phân huỷ kị khí nhỏ hơn nhiều
khi so với quá trình phân huỷ hiếu khí.
19
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý
Để đạt được nồng độ COD ở đầu ra thấp với sinh khối có giá trị K
s
cao phải chấp
nhận hoặc tốc độ trao đổi chất của sinh khối thấp hoặc sử dụng kiểu hoạt động dòng chảy
nút/ bậc để làm tăng tốc độ trao đổi chất của sinh khối.
3.3.2.3 Tốc độ phát triển cuả sinh khối
dX / dt = u.X = u
max
.S.X / (K

s
+ S) – b.X = Y.k.S.X / (K
s
+ S)
dX / dt : tốc độ phát triển cuả sinh khối (mg/1.d)
•
Khi S >> K
s
: dX / dt k
max
.X vì k = k
max
. Vậy hệ thống có giới hạn sinh khối và
phương trình là phương trình đầu tiên để tính sinh khối
•
Khi S<< K
s
: dX / dt = constant . Vậy hệ thống có giới hạn thức ăn và phương
trình sinh khối bằng 0.
•
Khi S = K
s
: k = 1,5 K
max
3.3.2.4 Thời gian lưu nước (h) : dựa trên lưu lượng đầu vào
θ(HRT) = V / Q
v : thể tích thiết bị (m
3
)
Q : lưu lượng đầu vào (m

3
/ h)
HRT : thời gian lưu nước
Thời gian lưu tế bào (d) :
Tỷ số giữa tổng sinh khối trong thiết bị và sinh khối được thải ra trên đơn vị thời
gian
θ
c
(SRT) = X / (dX / dt)
1 / θ
c
= u = Y.k.S / (K
s
+ S) - b
θ
c
> θ
c
min = 1 / Umax
Động học của quá trình sẽ xác định giá trị θ
c
(SRT: thời gian lưu bùn) cần thiết phù
hợp với yêu cầu hiệu quả xử lý. Để tối đa hiệu quả xử lý θ
c
cần đạt giá trị cao nhất có thể
được tạo khả năng chống lại ảnh hưởng của sốc tải trọng, độc chất gây ức chế. Trong giai
đoạn này hằng số tốc độ phát triển bị giảm, θ
c
tối thiểu ở giai đoạn này sẽ tăng. Do đó
vận hành quá trình với θ

c
cao sẽ tạo một hệ số an toàn chống lại những hỏng hóc mang
tính hệ thống.
20
Chương 3: Tổng quan về các phương pháp nghiên cứu xử lý
θ
c
có thể thay đổi không phụ thuộc vào thời gian lưu thủy lực nếu sinh khối được
hồi lưu trở lại thiết bị.
3.3.2.5 Hoạt tính sinh khối (gCOD / gVSS.d)
A = -dS / X.dt = (1 / θ
c
+ b) / Y
Thời gian lưu sinh khối càng lớn hoạt tính sinh khối càng nhỏ.
Hoạt tính sinh khối trong quá trình phân huỷ kị khí : 0.5 - 1 gBOD/gVSS.d.Hoạt
tính sinh khối trong quá trình phân huỷ kị khí do các yếu tố sau quyết định:
•
Nhiệt độ quá trình
•
pH và việc kiểm soát pH
•
Nhu cầu dinh dưỡng
•
Hàm lượng độc chất
3.3.2.6 Nồng độ sinh khối (mg/1)
X = (θ
c
/ θ).Y(S
o
- S) / ( l + b. θ

c
)
Phương trình này chỉ ra rằng khi rút ngắn thời gian lưu nước thì sẽ làm tăng nồng độ
sinh khối khi những thông số khác không thay đổi. Tuy nhiên có một giới hạn khi thời
gian lưu thuỷ lực tiến gần đến thời gian nhân đôi của tế bào vi sinh vật, các tế bào vi sinh
vật sẽ thoát ra khỏi thiết bị trước khi sự sinh sản xảy ra. Kết quả là nồng độ sinh khối sẽ
giảm và nồng độ vật chất đầu ra tiến gần đến nồng độ vật chất đầu vào. Nồng độ sinh khối
trong quá trình phân huỷ kị khí có thể gấp 5 – l0 lần nồng độ sinh khối trong quá trình
phân huỷ hiếu khí.
a. Nồng độ vật chất (mg/1)
S = K
s
(l + b. θ
c
) / (θ
c
(umax - b) - I)
b. Tốc độ tải trong hữu cơ thể tích (kgCOD / m3.d) :
khi tính toán thiết kế -(dS / dt) = S
o
.Q / V
S
o
: nồng độ COD có thể phân huỷ sinh học trong nước thải chưa xử lý (mgCOD /1)
Q : lưu lượng nước thải (m
3
/d)
V : thể tích thiết bị (m
3
)

Hiệu quả sử dụng của thể tích thiết bị sẵn có tuỳ thuộc vào :
•
Các động học cơ bản phân huỷ chất ô nhiễm.
21