luận văn nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng màng sinh học

MỤC LỤC
PHẦN I
MỞ ĐẦU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài.
Phát triển bền vững kinh tế - xã hội - môi trường là mục tiêu hướng tới
của hầu hết các quốc gia hiện nay. Với sự phát triển kinh tế mạnh mẽ trong
những năm qua nguồn phát sinh gây ô nhiễm môi trường ngày càng lớn nhưng
Việt Nam chưa có các biện pháp bảo vệ môi trường đúng đắn, do đó đã gây ra
sức ép lớn đối với môi trường. Tình trạng ô nhiễm không khí, nước mặt, nước
ngầm ở các thành phố lớn, các khu công nghiệp đang ngày càng trầm trọng, gây
tác động xấu đến cảnh quan môi trường và sức khỏe con người.
Khi số dân tăng nhanh kèm theo đó lượng nước thải sinh hoạt cũng ngày
một tăng lên đang là mối đe dọa nghiêm trọng đối với môi trường. Nước thải
sinh hoạt chứa hàm lượng các chất hữu cơ nhiều như: COD, BOD
5
, TSS …
Nhiều vi sinh vật gây bệnh, nước thải chứa nhiều dầu mỡ chất tẩy rửa…. Đặc
biệt trong nước thải sinh hoạt có nhiều nguyên tố dinh dưỡng đa lượng như
amoni, phốt pho. Nếu nồng độ trong nước quá cao dẫn đến hiện tượng phú
dưỡng hóa. Nếu không có các biện pháp hữu hiệu để xử lý sẽ gây ô nhiễm
nguồn nước mặt, theo thời gian sẽ ảnh hưởng nguồn nước ngầm. Điều đó gây
ảnh hưởng vô cùng nghiêm trọng đến ô nhiễm môi trường và sức khỏe cộng
đồng. Do đó, để đảm bảo sự phát triển kinh tế đi đôi với bảo vệ môi trường thì
các phương pháp xử lý nước thải cũng được nghiên cứu và phát triển.
Hiện nay ở Việt Nam hầu hết các khu đô thị, khu dân cư làng, xã…. Một
số điểm du lịch nhà hàng được xây dựng phục vụ chính nhu cầu của con người,
có thể nói nguồn nước thải sinh hoạt được sinh ra chưa được xử lý một cách triệt
để mặc dù một vài nơi đô thị, làng xã có hệ thống xử lý tập trung nhưng còn
nhiều khó khăn về vốn đầu tư cao, đặc biệt vấn đề vận hành cũng như chi phí xử
lý cao, dẫn đến nước thải không đạt tiêu chuẩn môi trường. Do vậy việc nghiên
cứu các công trình xử lý nước thải sinh hoạt phân tán là một việc làm cấp thiết.

Với đặc thù là một nước đang phát triển như nước ta hiên nay thì việc nghiên
cứu, ứng dụng các công nghệ phù hợp, đơn giản với giá thành thấp là một hướng
giải quyết hợp lý và khả thi nhất.
Màng sinh học ( Memberance Bio Reactor) là một xu hướng công nghệ mới
được phát triển và ứng dụng hiện nay. Màng sinh học là hệ thống xử lý vi sinh
của nước thải bằng công nghệ lọc màng, chúng đạt hiệu quả cao, chi phí thấp, ổn
định. Hiện nay việc tìm kiếm những những loại vật liệu lọc phù hợp để sử dụng
trong công nghệ màng lọc sinh học là rất cần thiết.
Xuất phát từ lý do trên, em xin đề xuất đề tài: “Nghiên cứu khả năng xử
lý nước thải sinh hoạt bằng màng sinh học trên một số vật liệu tại Trường
Đại học Nông lâm Thái Nguyên“. Để tìm kiếm những vật liệu có sẵn thích
hợp để sử dụng trong công nghệ màng sinh học phù hợp với xử lý nước thải sinh
hoạt.
1.2. Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu mô hình xử lý nước thải sinh hoạt bằng bể lọc sinh học, xác
định khả năng xử lý nước thải của các công thức vật liệu lọc sử dụng trong bể
lọc sinh học. Từ đó đề xuất, lựa chọn được các loại vật liệu lọc thích hợp sử
dụng trong bể lọc sinh học và lựa chọn được tải trọng tối ưu với vật liệu phù hợp
nhất.
- Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải bằng công nghệ rẻ tiền, phù hợp với
điều kiện Việt Nam.
1.3. Mục đích của đề tài
- Lựa chọn vật liệu lọc thích hợp để sử dụng trong mô hình bể lọc sinh học.
- Lựa chọn tải trọng thủy lực tối ưu đối với vật liệu lọc tối ưu.
- Nước thải sinh hoạt sau xử lý đạt (QCVN 14: 2008/BTNMT - Quy
chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt).
1.4. Ý nghĩa của đề tài
1.4.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học
- Vận dụng và phát huy những kiến thức đã học tập vào nghiên cứu.
- Nâng cao kiến thức, kĩ năng và rút ra những kinh nghiệm thực tế phục vụ

cho công tác nghiên cứu sau này.
- Nâng cao khả năng tự học tập, nghiên cứu và tìm tài liệu.
- Bổ sung tư liệu cho học tập.
1.4.2. Ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất
- Xác định được khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của từng loại vật liệu
lọc.
- Lựa chọn được các công thức vật liệu lọc có sẵn tại địa phương rẻ tiền,
dễ kiếm để sử dụng công nghệ xử lý nước thải.
- Xử lý được nước thải sinh hoạt, bảo vệ môi trường.
Phần 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Cơ sở khoa học
2.1.1. Một số khái niệm cơ bản
* Môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội nước Cộng
hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29 tháng
11 năm 2005, định nghĩa như sau: “Môi trường bao gồm các yếu tố tự nhiên và
vật chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, sự
tồn tại, phát triển của con người và sinh vật”.
* Ô nhiễm môi trường: Theo Điều 6 Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam
2005: “Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần môi trường không
phù hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu đến con người, sinh
vật”.
* Ô nhiễm môi trường nước: Là sự thay đổi thành phần và chất lượng
nước không đáp ứng cho các mục đích sử dụng khác nhau, vượt quá tiêu chuẩn
cho phép và có ảnh hưởng xấu đến đời sống con người và sinh vật. Nước trong
tự nhiên tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau: Nước ngầm, nước ở các sông
hồ, tồn tại ở thể hơi trong không khí, Nước bị ô nhiễm nghĩa là thành phần của
nó tồn tại các chất khác, mà các chất này có thể gây hại cho con người và cuộc
sống các sinh vật trong tự nhiên. Nước ô nhiễm thường là khó khắc phục mà
phải phòng tránh từ đầu.

* Nước thải sinh hoạt: Là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động
thương mại, khu vực công sở, trường học và các cơ sở trường học khác.
* Nước thải đô thị: Nước thải đô thị là một thuật ngữ chỉ chất lỏng trong hệ
thống cống thoát của một thành phố, thị xã.
* Nước thải tự nhiên: Nước mưa được xem như nước thải tự nhiên ở
những thành phố hiện đại, chúng được thu gom theo hệ thống riêng.
* Nước thải thấm qua: Là lượng nước thấm vào hệ thống ống bằng nhiều
cách khác nhau, qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành hố gas hay
hố xí.
* Tiêu chuẩn môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội
nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày 29
tháng 11 năm 2005, định nghĩa như sau: “Là giới hạn cho phép của các thông số về
chất lượng môi trường xung quanh, về hàm lượng của chất gây ô nhiễm trong chất
thải được cơ quan nhà nước có thẩm quyền qui định làm căn cứ để quản lý và bảo vệ
môi trường”.
* Tải trọng thủy lực: là tải trọng nước được phân phối trên bề mặt của công
trình. Tải trọng thủy lực tính bằng: Lưu lượng xử lý (m
3
/h) chia cho diện tích bề mặt
công trình (m
2
)
2.1.2. Tổng quan về nước thải sinh hoạt
2.1.2.1. Khái niệm nước thải
Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con
người và đã làm thay
đổi
tính chất ban đầu của
chúng.
Nước thải là nước đã dùng trong sinh hoạt, sản xuất hoặc chảy qua

vùng đất ô nhiễm.
Phụ
thuộc vào điều kiện hình thành, nước thải được chia
thành: nước thải sinh hoạt, nước thải công
nghiệp,
nước thải tự nhiên và nước
thải đô
thị.
2.1.2.2. Khái niệm nước thải sinh hoạt
- Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục
đích sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân,
- Thông thường nước thải sinh hoạt của hộ gia đình được chia làm 2 loại
chính: nước đen và nước xám.
+ Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớn các chất ô nhiễm,
chủ yếu là: chất hữu cơ, vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng.
+ Nước xám là nước phát sinh từ các quá trình rửa, tắm, giặt với thành
phần các chất ô nhiễm không đáng kể.
2.1.2.3. Nguồn thải
Nước thải sinh hoạt thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường
học, bệnh viện, chợ, và các công trình công cộng khác. Lượng nước thải sinh
hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc
điểm của hệ thống thoát nước. Nước thải sinh hoạt ở các trung tâm đô thị thường
được thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra sông rạch, còn ở các vùng ngoại
thành và nông thôn do không có hệ thống thoát nước nên nước thải thường được
tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc thoát bằng biện pháp tự thấm (TS. Lê
Quốc Tuấn, 2003) [15].
2.1.2.4. Thành phần và đặc tính của nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt có chứa nhiều các tạp chất khác nhau, trong đó
khoảng 52% là chất hữu cơ, 48% là chất vô cơ và một số lớn các chủng loại vi
sinh vật (Trần Hiếu Nhuệ, 1990) [8].

a. Thành phần các chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt
Thành phần các chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt được phân làm
hai loại theo khả năng phân hủy của vi sinh vật:
• Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy
Chúng chủ yếu bao gồm các hợp chất hydratcacbon, protein, chất béo có
nguồn gốc động, thực vật khác nhau. Trong nước thải từ khu dân cư, có khoảng
40 – 50% là hydratcacbon, 40 – 60% protein và 5 – 10% chất béo (Lê Xuân
Phương, 2005) [12].
• Các chất hữu cơ khó phân hủy
Các chất hữu cơ khó phân hủy là các chất hữu cơ có vòng thơm
(hydrocacbua), các chất đa vòng ngưng tụ, các chất Clo hữu cơ, Phospho hữu cơ,
… chúng khó bị phân hủy bởi các tác nhân sinh học bình thường, cho nên chúng
tồn tại lâu dài, tích lũy làm ảnh hưởng tới mỹ quan, gây độc hại cho môi trường,
sinh vật và con người.
Ngoài các chất hữu cơ và vô cơ, trong nước thải sinh hoạt còn chứa lượng
lớn các loài vi sinh vật, động vật nguyên sinh. Thành phần chủ yếu là vi khuẩn,
nấm men, nấm mốc, tảo và nguyên sinh động vật. Trong đó vi khuẩn là chiếm
nhiều nhất cả về thành phần và số lượng.
Vi sinh vật trong nước thải sinh hoạt cũng được chia làm hai loại: vi sinh
vật tự dưỡng và vi sinh vật dị dưỡng. Trong đó các vi sinh vật dị dưỡng phải nhờ
vào chất hữu cơ có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng. Trong
quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các vật liệu để xây dựng tế bào, sinh trưởng
và tăng sinh khối. Đây là cơ sở cho giải pháp công nghệ xử lý nước thải bằng
biện pháp sinh học (Lê Văn Cát,1999) [1].
b. Thành phần sinh học của nước thải sinh hoạt
Trong nước thải có nhiều chất hữu cơ nên có nhiều vi sinh vật sinh sống
và sử dụng nguồn chất hữu cơ đó như là nguồn dinh dưỡng để sinh trưởng và
tăng sinh khối. Thành phần sinh học trong nước thải bao gồm:
• Tảo
Tảo trong nước thải được xếp vào nhóm thực vật nổi của nước, chúng

sống chủ yếu nhờ quang hợp, chúng sử dụng CO
2
cùng với nguồn Nitơ và
Phospho để cấu thành tế bào dưới tác dụng của năng lượng ánh sáng mặt trời,
đồng thời chúng cũng sản sinh ra oxy. Trong nước thải rất giàu Nitơ và
Phospho, vì vậy nước thải là môi trường thích hợp cho tảo tăng sinh khối. Mặt
khác, việc tăng nhanh sinh khối tảo cũng là nguồn gây ô nhiễm thứ cấp của nước
thải khi tảo chết.
• Động vật nguyên sinh
Động vật nguyên sinh thuộc nhóm sinh vật sống trôi nổi trong nước và
là một dạng chỉ thị cho nước, vì nếu có sự xuất hiện của chúng thì chứng tỏ
nước được xử lý hiệu quả và nước thải không có độc tính. Thức ăn của những
động vật nguyên sinh trong nước thải là các vụn hữu cơ hay tảo và vi khuẩn.
• Hệ vi sinh vật trong nước thải
Vi sinh vật là những sinh vật nhỏ bé, đơn bào hay sống tập trung, tồn tại với
số lượng rất lớn trong tự nhiên. Trong nước thải, vi sinh vật xâm nhập vào thông
qua nhiều con đường khác nhau: từ phân, nước tiểu, rác thải sinh hoạt, nước thải hộ
gia đình, rác thải sinh hoạt, rác thải bệnh viện, không khí,…
Hệ vi sinh vật trong nước thải cũng khá đa dạng, bao gồm nhiều loại như:
vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, xoắn thể, xạ khuẩn, virus, thực thể khuẩn,…
nhưng chủ yếu là vi khuẩn. Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong quá trình
phân hủy các chất hữu cơ làm sạch nước thải. Theo phương thức dinh dưỡng vi
khuẩn được chia làm hai nhóm chính:
- Vi khuẩn dị dưỡng: Là những vi khuẩn sử dụng chất hữu cơ làm nguồn
cacbon dinh dưỡng, và làm năng lượng để hoạt động sống, xây dựng tế bào, phát
triển,… có ba loại vi khuẩn dị dưỡng:
+ Vi khuẩn hiếu khí.
+ Vi khuẩn kỵ khí.
+ Vi khuẩn tùy nghi.
- Vi khuẩn tự dưỡng: Là những vi khuẩn có khả năng oxy hóa chất vô cơ

để thu năng lượng và sử dụng CO
2
làm nguồn cacbon cho quá trình sinh tổng
hợp. Những vi khuẩn nhóm này gồm: vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn sắt, vi khuẩn
lưu huỳnh,… (Lê Quốc Tuấn, 2002) [14].
Bảng 2.1. Đặc tính của nước thải sinh hoạt (mg/l)
Chỉ tiêu
Nồng độ
Cao Trung bình Thấp
BOD
5
400 220 110
COD 1.000 500 250
Đạm hữu cơ 35 15 8
Đạm amôn 50 25 12
Đạm tổng số 85 40 20
Lân tổng số 15 8 4
Tổng số chất rắn 1.200 720 350
Chất rắn lơ lửng 350 220 100
(Nguồn: Metcalf , Eddy, 1991) [19]
2.1.2.5. Tác hại của nước thải sinh hoạt tới môi trường và sinh vật
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học,
ngoài ra còn có cả các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất
nguy hiểm.
Thành phần chủ yếu của nước thải sinh hoạt là các chất hữu cơ, bao gồm các
chất hữu cơ dễ bị phân hủy và các chất hữu cơ khó phân hủy. Các chất dễ
phân hủy như cacbonhydrat, protein chủ yếu làm suy giảm lượng oxy hòa tan trong
nước dẫn đến suy thoái tài nguyên thủy sản và làm giảm chất lượng nước mặt. Các
chất khó phân hủy gồm nhiều hợp chất hữu cơ tổng hợp. Hầu hết chúng có độc tính
với sinh vật và con người. Chúng tồn tại lâu dài trong môi trường và cơ thể sinh vật

gây độc tích lũy, ảnh hưởng nguy hại đến cuộc sống.
Chất rắn lơ lửng hạn chế độ sâu tầng nước được ánh sáng chiếu xuống,
gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong, rêu…Chất rắn có khả
năng gây trở ngại cho phát triển thủy sản nếu chúng có nồng độ cao.
Ngoài ra các loại vi sinh vật gây bệnh hiện hữu trong nước thải đưa ra
sông góp phần làm cho các bệnh, đặc biệt là các bệnh đường ruột (thương hàn,
tả, lỵ,…) gia tăng do lây lan qua đường ăn uống và sinh hoạt.
2.1.2.6. Các chỉ tiêu đánh giá nước thải sinh hoạt
• Độ pH
Độ pH là một trong những chỉ tiêu xác định đối với nước cấp và nước thải.
Chỉ số này cho biết có cần phải trung hòa hay không và tính lượng hóa chất cần
thiết trong quá trình xử lý đông keo tụ, khử khuẩn,… Trị số pH thay đổi sẽ ảnh
hưởng đến quá trình hòa tan, keo tụ, làm tăng hay giảm tốc độ phản ứng, nó ảnh
hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật có trong nước.
pH của nước thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý nước
thải. Trong thực tế, các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
thường làm việc tốt trong khoảng pH từ 7 – 7,6. Thường vi sinh vật phát triển tốt
nhất trong môi trường trung tính pH từ 7 – 8. Các nhóm vi sinh vật khác nhau có
mức giới hạn pH khác nhau, ví dụ vi khuẩn nitrit phát triển thuận lợi ở khoảng
pH từ 4,8 – 8,8; còn vi khuẩn nitrat thì pH từ 6,5 – 9,3. Vi khuẩn lưu huỳnh có
thể tồn tại trong môi trường pH từ 1 – 4. Với nước thải sinh hoạt thường có pH
từ 7,2 – 7,6.
• Hàm lượng các chất rắn
Hàm lượng các chất rắn là một trong những chỉ tiêu vật lý đặc trưng và
quan trọng nhất của nước thải. Nó bao gồm các chất nổi, chất lơ lửng, keo và
chất hòa tan. Chất rắn trong nước thải bao gồm các chất vô cơ ở dạng hòa tan
hoặc không hòa tan như đất đá, và dạng huyền phù lơ lửng. Các chất hữu cơ như
xác vi sinh vật, tảo, động vật phù du, …
Chất rắn làm trở ngại cho các quá trình lưu chuyển, sử dụng và làm giảm
chất lượng nước.

Hàm lượng chất rắn được xác định qua các chỉ tiêu cụ thể sau:
- Chất rắn tổng số (TS): Là trọng lượng chất khô phần còn lại sau khi cho
bay hơi 1 lít nước thải trên bếp cách thủy rồi sấy khô ở 103
0
C cho đến khi trọng
lượng không đổi, đơn vị tính g/l hay mg/l.
- Chất rắn lơ lửng ở dạng huyền phù (SS): Là trọng lượng khô các chất
rắn còn lại trên giấy lọc khi lọc 1 lít nước thải và sấy khô ở 103
0
C – 105
0
C tới
trọng lượng không đổi, đơn vị tính mg/l hay g/l.
- Chất rắn hòa tan (DS): Hàm lượng chất rắn hòa tan chính là hiệu số của
tống chất rắn với huyền phù: DS = TS – SS. Đơn vị tính là mg/l.
- Chất rắn bay hơi (VS): Là trọng lượng mất đi khi nung chất huyền phù
SS ở 550
0
C trong khoảng thời gian xác định. Đơn vị tính là mg/l hoặc phần trăm
của TS hay SS. Chỉ số này thường biểu thị cho chất hữu cơ có trong nước.
- Chất rắn có thể lắng: Số ml phần chất rắn của 1 lít mẫu nước đã lắng
xuống đáy sau một khoảng thời gian. Đơn vị tính ml/l.
• Màu
Nước thải thường có màu, đặc biệt thường có màu từ nâu đến đen hay đỏ
nâu. Màu của nước được tạo ra do:
- Các chất hữu cơ trong xác động, thực vật phân rã tạo thành.
- Nước có sắt và mangan ở dạng keo hoặc hòa tan.
- Nước có chất thải công nghiệp (crom, tannin, lignin).
Màu của nước thường chia hai dạng:
- Màu thực: do các chất hòa tan hay các hạt keo.

- Màu biểu kiến: là màu do các chất lơ lửng tạo nên.
Trên thực tế, người ta xác định màu thực tế của nước, nghĩa là sau khi lọc
bỏ các chất không tan.
• Độ đục
Độ đục trong nước là do các hạt rắn vô cơ lơ lửng, các chất hữu cơ phân
hủy hay xác động, thực vật gây nên. Độ đục làm giảm khả năng truyền dẫn ánh
sáng trong nước, gây mất cảm quan, giảm chất lượng nước. Các hạt vật chất lơ
lửng hấp phụ các ion kim loại độc và các vi khuẩn gây bệnh, gây khó khăn cho
quá trình khử khuẩn.
• Oxi hòa tan (DO – Dissolved Oxygen)
Oxy hòa tan là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất
lượng nước. Nước càng sạch thì chỉ số này càng cao hay lượng oxy hòa tan
trong nước cũng cao. Đây là chỉ số quan trọng đối với việc đánh giá vi sinh vật
trong nước thải vì nó ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển của vi
sinh vật. Chỉ số này phụ thuộc vào các yếu tố áp suất, nhiệt độ và các đặc tính
của nước (nồng độ và thành phần các chất hòa tan, vi sinh vật, thủy sinh,…).
Nồng độ oxy hòa tan trong nước sạch thường dao động từ 6 – 7 mg/l ở nhiệt độ
bình thường.
• Chỉ số BOD (Biochemical Oxigen Demand)
Chỉ số BOD biểu thị lượng chất hữu cơ có trong nước có khả năng phân
giải nhờ vi sinh vật. Do đó, nhu cầu oxi sinh hóa là một trong những chỉ tiêu
quan trọng nhất để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải. BOD càng cao
chứng tỏ nước thải bị ô nhiễm càng nặng và ngược lại.
Để phân hủy hết các chất hữu cơ có trong nước thải, thường cần nhiều
thời gian đến vài chục ngày tùy thuộc vào từng loại nước thải, nhiệt độ và khả
năng phân hủy các chất hữu cơ của hệ vi sinh vật có trong nước thải.
Trong thực tế, người ta thường dùng chỉ số BOD
5
, nghĩa là xử lý mẫu
trong 5 ngày ở 20

0
C để tính lượng oxy hòa tan trong nước.
• Chỉ số COD (Chemical Oxigen Demand)
Chỉ số COD biểu thị hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải và mức độ ô
nhiễm của nước thải.
COD được định nghĩa là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa hóa
học các chất hữu cơ trong nước thành CO
2
, H
2
O và các chất khử vô cơ.
Như vậy, trong nước thải thì COD luôn cao hơn BOD. Tỷ lệ COD/BOD
luôn lớn hơn 1, nếu tỷ lệ này tới 3 – 4 – 5,… thì chứng tỏ nước thải này nhiễm
các chất độc làm kìm hãm vi sinh vật hoặc vi sinh vật chết.
Đối với nước trong tự nhiên và nước thải không có chất độc và tương đối
ổn định về thành phần như nước thải sinh hoạt, nước thải nhà máy thực phẩm có
thể xác định được một hệ số chuyển đổi từ COD ra BOD. Vì vậy, có thể sử dụng
giá trị phép đo COD là chỉ số chất hữu cơ bị phân hủy trong quá trình xử lý
nước thải.
• Hàm lượng Nitơ tổng số (N-t)
Nitơ trong nước thường tồn tại ở dạng các hợp chất protein và các hợp
chất phân hủy: amon, nitrat, nitrit. Chúng có vai trò khá quan trọng trong hệ sinh
thái nước, trong nước thải luôn cần một lượng nitơ thích hợp, mối quan hệ giữa
BOD với N và P có ảnh hưởng đến sự hình thành và khả năng oxi hóa của bùn
hoạt tính, thể hiện qua tỷ lệ BOD
5
: N : P.
• Hàm lượng Phospho tổng số (P-t)
Phospho trong nước thải tồn tại ở các dạng H
2

PO
4
-
, HPO
4
-2
, PO
4
-3
, các
polyphosphat như Na
3
(PO
3
)
6
và phospho hữu cơ. Đây là một trong những nguồn
dinh dưỡng cho thực vật dưới nước.
Trong nước thải người ta xác định hàm lượng P – tổng số để xác định tỷ
số BOD
5
: N : P nhằm chọn kỹ thuật bùn hoạt tính thích hợp cho quá trình xử lý
nước thải. Ngoài ra xác lập tỷ số giữa P và N để đánh giá mức dinh dưỡng có
trong nước thải.
• Chỉ số vi sinh vật (E.coli)
Trong nước thải, đặc biệt nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải
vùng du lịch, dịch vụ, khu chăn nuôi,… nhiễm nhiều vi sinh vật có sẵn trong phân
người và phân súc vật. Trong đó, có thể có nhiều loài vi khuẩn gây bệnh, đặc biệt các
bệnh về tiêu hóa, các vi sinh vật gây ngộ độc thực phẩm.
Việc xác định tổng số các vi sinh vật trong nước thải rất khó, nên người ta

chọn việc xác định chỉ số E.coli làm đại diện cho chỉ số vi sinh (Trần Đức Hạ,
2000) [4].
2.1.3. Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt
2.1.3.1. Phương pháp cơ học
Trong nước thải thường có các loại tạp chất rắn có kích thước khác nhau
kéo theo như rơm, cỏ, gỗ mẩu, giấy, cát sỏi,… các loại tạp chất này gây cản trở
dòng chảy, tạo ra phù váng,… phương pháp xử lý chúng hiệu quả nhất là
phương pháp cơ học.
Các phương pháp xử lý cơ học thường dùng:
- Song chắn rác, lưới chắn rác: loại bỏ chất rắn có kích thước lớn.
- Bể lắng cát: nhằm tách bỏ các hạt có nguồn gốc vô cơ.
- Bể lắng: nhằm tách các hạt lơ lửng có nguồn gốc hữu cơ.
- Gạn, tách, quay ly tâm: nhằm tách các hạt có trọng lượng riêng rất
nhỏ như dầu mỡ, các loại hạt xốp, túi PE, hạt nhựa,…
Quá trình xử lý cơ học nhìn chung không làm giảm nhiều nồng độ chất
bẩn trong nước thải, tuy nhiên phần nào làm tăng mức độ thuận lợi cho các quá
trình xử lý về sau (Trần Đức Hạ, 2006) [3].
2.1.3.2. Phương pháp hóa học và hóa lý
a. Phương pháp hóa học:
Cơ sở của phương pháp này là sử dụng các phản ứng hóa học giữa các
hóa chất cho vào với các chất bẩn trong nước thải để loại bỏ các chất bẩn này
khỏi nước thải, hay biến đổi chúng thành các chất không gây độc hại. Các phản
ứng xảy ra thường là các phản ứng trung hòa, phản ứng oxy hóa khử, phản ứng
tạo chất kết tủa hay phản ứng phân hủy chất. Các phương pháp oxy hóa bằng
ozon hay điện hóa cũng thuộc phương pháp hóa học.
Đôi khi phương pháp hóa học được sử dụng để xử lý sơ bộ trước khi xử lý
sinh học hay công đoạn này được dùng như một phương pháp xử lý nước thải
lần cuối đề đưa vào nguồn nước chung (Hoàng Kim Cơ và cs, 2001) [2].
b. Phương pháp hóa lý:
Dùng để thu hồi hay để khử các chất độc và các chất ảnh hưởng xấu đến

quá trình làm sạch sinh hóa sau này. Các phương pháp hóa lý để xử lý nước thải
đều dựa trên các cơ sở ứng dụng của quá trình keo tụ, hấp phụ, tuyển nổi, trao
đổi ion, …
• Keo tụ:
Là phương pháp làm trong nước thải bằng cách dùng các chất trợ keo để liên
kết các chất bẩn ở dạng lơ lửng, tạo thành các bông có kích thước lớn hơn. Những
bông cặn đó lắng xuống kéo theo các chất không tan cùng lắng theo.
• Hấp phụ:
Là quá trình tách các chất ô nhiễm ra khỏi nước thải bằng cách tập trung
các chất đó lên bề mặt các chất rắn (chất hấp phụ).
• Trích ly:
Là phương pháp tách các chất bẩn hòa tan trong nước thải bằng dung môi
không tan và độ hòa tan của chất bẩn trong dung môi cao hơn trong nước.
• Tuyển nổi:
Là phương pháp dùng các tác nhân tuyển nổi để thu hút và kéo theo các chất
bẩn lên trên mặt nước, sau đó loại các tác nhân tuyển nổi đó ra khỏi nước.
• Thẩm tích dializ (màng bán thấm):
Là phương pháp dùng màng xốp bán thấm không cho các hạt keo đi qua
để tách keo ra khỏi nước thải.
• Trao đổi ion:
Là phương pháp thu hồi catrion và anion bằng các chất trao đổi ion.
2.1.3.3. Phương pháp sinh học
a. Điều kiện để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Các loại nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị có chứa nhiều chất hữu cơ
hòa tan gồm hidratcacbon, protein và các hợp chất chứa nitơ, các dạng chất béo,
… cùng một số chất vô cơ như H
2
S, các Sulfit, Amoniac,… có thể đưa vào xử lý
theo các phương pháp sinh học.
Phương pháp xử lý sinh học nước thải dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh

vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Do vậy, điều kiện đầu tiên và
vô cùng quan trọng là nước thải phải là môi trường sống của quần thể vi sinh vật
phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải.
Muốn đảm bảo điều kiện này nước thải phải:
- Không có chất độc làm chết hoặc ức chế hoàn toàn hệ vi sinh vật trong
nước thải. Trong số các chất độc phải chú ý đến hàm lượng các kim loại nặng.
Theo mức độ độc hại của các kim loại, xếp theo thứ tự:
Sb > Ag > Cu > Hg > Co ≥ Ni ≥ Pb > Cr
+3
> V ≥ Cd > Zn > Fe
Muối của các kim loại này ảnh hưởng nhiều tới đời sống của vi sinh vật,
nếu quá nồng độ cho phép, các vi sinh vật không thể sinh trưởng được và có thể
bị chết. Như vậy, không thể tiến hành xử lý sinh học. Nồng độ muối của chúng
thấp hơn giới hạn sẽ làm giảm tốc độ làm sạch nước.
- Chất hữu cơ có trong nước thải phải là cơ chất dinh dưỡng nguồn cacbon
và năng lượng cho vi sinh vật. Các hợp chất hidratcabon, protein, lipit hòa tan
thường là cơ chất dinh dưỡng rất tốt cho vi sinh vật.
- Nước thải đưa vào xử lý sinh học có 2 thông số đặc trưng là COD và
BOD. Tỉ số của 2 thông số này phải là: COD/BOD ≤ 2 hoặc BOD/COD ≥ 0,5
mới có thể đưa vào xử lý sinh học (hiếu khí). Nếu COD lớn hơn BOD nhiều lần,
trong đó gồm có xenlulozo, hemixenlulozo, protein, tinh bột chưa tan thì phải
qua xử lý sinh học kị khí (Biền Văn Minh và cs, 2000) [6].
b. Các phương pháp xử lý sinh học
Xử lý nước thải theo phương pháp sinh học là dựa trên cơ sở hoạt động
của các vi sinh vật có sẵn trong nước thải, chúng có khả năng sử dụng các chất
hữu cơ có trong đó làm nguồn năng lượng để thực hiện quá trình sinh trưởng và
phát triển. Phương pháp này thực hiện sau khi đã xử lý sơ bộ nước thải và áp
dụng thích hợp với các loại nước thải có chỉ số BOD/COD trong khoảng 0.5 – 1
(Trần Văn Nhân và cs, 2002) [7].
Dựa vào hoạt động của các vi sinh vật, người ta chia làm 3 phương pháp

xử lý nước thải chính là:
- Phương pháp kỵ khí (Anaerobic).
- Phương pháp thiếu khí (Anoxic).
- Phương pháp hiếu khí (Aerrobic).
* Phương pháp kỵ khí (Anaerobic):
Phương pháp này thích hợp cho việc xử lý nước thải có nồng độ ô nhiễm
cao (COD > 2000mg/l), có khả năng thu hổi năng lượng (biogas), chi phí vận
hành thấp, thể tích công trình nhỏ,… Tuy nhiên, nó có những nhược điểm là
sinh ra nhiều các dạng khí độc, các loại khí gây mùi hôi thối làm ô nhiễm không
khí, thời gian xử lý kéo dài.
Nguyên tắc của phương pháp này là dùng các vi sinh vật kỵ khí và vi sinh
vật tùy nghi để phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy hòa tan
trong cặn và trong nước thải ở điều kiện nhiệt độ thích hợp. Sản phẩm của quá
trình này là các chất khí CH
4
, CO
2
, H
2
S, N
2
,… quá trình phân hủy kỵ khí diễn ra
trong vòng từ 3 đến 6 tháng ở điều kiện bình thường, khi nhiệt độ lên tới 40
0
C –
50
0
C thời gian phân hủy sẽ rút ngắn (Winter et al, 1994) [20].
Quá trình lên men kỵ khí diễn ra theo các giai đoạn sau:
• Giai đoạn 1: Lên men axit.

Các vi sinh vật lên men kỵ khí thực hiện quá trình lên men, chủ yếu là lên
men ngoại bào để phân hủy các hợp chất có kích thước lớn như tinh bột,
celullose, cacbuahydro. Các chất hòa tan có nhóm định chức thành axit béo, các
rượu, axit nucleic,… các chất phân tử nhỏ hòa tan ấy sẽ được các vi khuẩn cùng
loại hấp phụ và sử dụng cho quá tình trao đổi chất của mình. Sự thủy phân có
tạo ra các axit béo và glyxerin do đó là giảm pH của nước thải.
• Giai đoạn 2: Lên men trung gian.
Giai đoạn này xảy ra sự thủy phân các hợp chất chứa Nitơ, amon tạo thành
CO
2
, NO
2
, CH
4
, H
2
các nitrat cũng có thể bị khử thành N
2
, thậm chí một số tạo
thành amon, pH dần tăng lên đến mức trung hòa, các loại khí gây mùi thối H
2
S,
RSH,… tạo ra nhiều đẩy hỗn hợp lên phía trên tạo thành váng bọt nhớt.
• Giai đoạn 3: Lên men metan.
Quá trình này tiếp tục phân cách các sản phẩm trung gian nói trên. Các phân
tử lớn hơn đã tạo ra dịch nhớt như pectorin, teatirin,… sinh ra chủ yếu là khí CH
4
và CO
2
(CO

2
chiếm từ 20 - 30%). Đặc điểm của quá trình này là phân hủy dần axit
cùng với các sản phẩm có tính khử mạnh do đó môi trường có tính kiềm. Quá trình
lên men kỵ khí tỏa nhiệt mạnh, lượng nhiệt tỏa ra lớn, nhiệt độ bể lên men vào mùa
hè có thể lên tới 50
0
C – 60
0
C. Điều này cũng giúp cho quá trình phân hủy diễn ra
nhanh hơn.
Quá trình lên men metan là một quá trình phức tạp nhờ một loạt các tác
động qua lại của quá trình trao đổi chất trong các nhóm vi sinh vật khác nhau.
Đạt được điều này là do có sự phân tích sinh hóa liên tiếp các hợp chất hữu cơ
cao phân tử thành CH
4
và CO
2
.
Phản ứng quá trình kỵ khí và các sản phẩm của nó:
(CHO)
n
 CO
2
+ H
2
O + tế bào VSV mới + sản phẩm trung gian + CH
4
+
NH
4

+
+ H
2
S + H
2
+ năng lượng
Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí phổ biến hiện
nay là bể tiếp xúc kỵ khí, bể USAB, lọc kỵ khí, hố gas, hố sinh học,…
Hình 2.1. Sơ đồ phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí
* Phương pháp thiếu khí (Anoxic):
Trong điều kiện thiếu oxy hòa tan, việc khử nitrat sẽ xảy ra. Oxy được
giải phóng từ nitrat sẽ oxy hóa các chất hữu cơ và Nitơ tạo thành.
Các phản ứng Nitrat hóa:
NO
3
-
vi sinh vật NO
2
+ O
2
O
2
chất hữu cơ N
2
+ CO
2
+ H
2
O
* Phương pháp hiếu khí:

Phương pháp này dựa trên hoạt động của các quần thể vi sinh vật hiếu khí có
sẵn trong nước thải. Chúng oxy hóa các chất hữu cơ bằng oxy hòa tan liên tục vào
trong nước thải ở nhiệt độ khoảng 20
0
C – 40
0
C. Kết quả là các chất bẩn trong
nước thải bị phân hủy và nước được làm sạch, sản phẩm của quá trình này là CO
2
và H
2
O. Các chất hữu cơ trong nước thải được oxy hóa và phân giải theo 3 giai
đoạn:
• Giai đoạn 1: Phản ứng oxy hóa các chất hữu cơ để đáp ứng nhu
cầu năng lượng của tế bào.
C
x
H
y
O
z
N + O
2
Vi sinh vật CO
2
+ H
2
O + NH
3
Chất hữu cơ đơn giản (Đường, peptit, axit amin,…)

Axit bay hơi (Propionic, butyric,…)
H
2
, CO
2
CH
4
, CO
2
Axetat
Chất hữu cơ phức tạp (hydratcarbon, protein, lipit,…)
• Giai đoạn 2: Phản ứng tổng hợp để tăng số lượng vi sinh vật.
C
x
H
y
O
z
+ NH
3
+ O
2
(C
5
H
7
NO
2
)
n

+ CO
2
+ H
2
O
• Giai đoạn 3: Tiếp tục quá trình oxy hóa đến khi không còn đủ chất
dinh dưỡng thì diễn ra quá trình hô hấp nội bào hay oxy hóa các
chất liệu tế bào.
(C
5
H
7
NO
2
)
n
+ O
2
CO
2
+ NH
3
+ H
2
O
Tất cả các phản ứng hóa học trên đều xảy ra dưới tác dụng của các enzym
ngoại bào hay nội bào do vi sinh vật sinh tổng hợp ra. Trong quá trình oxy hóa
khử các chất hữu cơ được phân hủy theo thứ tự lần lượt là đường, protein, tinh
bột, chất béo, các hợp chất hữu cơ cao phân tử (cellulose, lignin,…) (Flemming
et al, 2001) [16].

Các công trình xử lý nước thải theo phương pháp hiếu khí thường dùng:
• Bế phản ứng sinh học hiếu khí Aeroten.
• Cánh đồng sinh học.
• Mương oxy hóa Oxydationditch.
• Lọc sinh học Biofilter.
Các kỹ thuật chính trong xử lý theo phương pháp hiếu khí:
• Sinh trưởng lơ lửng - kỹ thuật bùn hoạt tính
Nước thải bao giờ cũng có các hạt chất rắn lơ lửng khó lắng, các tế bào vi
khuẩn sẽ dính vào các hạt lơ lửng này và phát triển thành các hạt bông cặn có
hoạt tính phân hủy các chất hữu cơ thể hiện bằng BOD.
Bùn hoạt tính là một tập hợp phức tạp các vi sinh vật bao gồm vi khuẩn,
nguyên sinh động vật, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, virus, các chất rắn lơ lửng,
… nhưng chủ yếu là vi khuẩn (Lương Đức Phẩm, 2000) [9].
Bùn tốt có bông màu vàng nâu dễ lắng, có kích thước 3 – 5 µm, có khả năng
hấp thụ lên bề mặt của chúng và oxy hóa các chất bẩn có trong nước thải.
Vi sinh vật trong bùn hoạt tính gồm hai nhóm là nhóm chủ động và nhóm
thụ động. Nhóm vi sinh vật thụ động không có khả năng chủ động nuôi cấy
được, chúng thường có trong các lớp đất hay nước kênh mương. Nhóm vi sinh
vật chủ động là bùn hoạt tính hay quần thể vi sinh vật hình thành từ tự nhiên,
được thay đổi tùy thuộc vào thành phần nước thải của từng ngành sản xuất và
chế độ làm sạch nước được lựa chọn (Lê Quốc Tuấn, 2002) [14].
Hoạt hóa bùn hoạt tính: Là tạo điều kiện cho quẩn thể vi sinh vật
trong bùn phát triển trở lại để hồi lưu vào bể xử lý. Hoạt hóa bùn làm tăng
số lượng vi sinh vật trong bùn, từ đó làm tăng khả năng sử dụng các chất
hữu cơ trong nước thải.
Đây là biện pháp công nghệ được sử dụng để xử lý nước thải đô thị và
nước thải công nghiệp mà có tỷ lệ COD/BOD > 2.
Để phát huy được vai trò của bùn hoạt tính trong xử lý nước thải cần phải
quan tâm đến nồng độ oxy hòa tan trong nước, nồng độ và tuổi của bùn; pH,
nhiệt độ, các chất độc có trong nước thải (Lương Đức Phẩm, 2000) [10].

Ta có sơ đồ của biện pháp:
Lắng sơ bộ Máy Lắng bổ sung
(lắng 1) sục khí (lắng 2)
Nước thải Nước ra
Song chắn rác
Sỏi, cát, bùn thô
Bùn hồi lưu
Bùn thải
Hình 2.2. Sơ đồ xử lý nước thải bằng kỹ thuật bùn hoạt tính có sục khí.
Bảng 2.2. Một số loại vi khuẩn có trong bùn hoạt tính và khả năng phân hủy
Tên chi Khả năng phân hủy
Pseudomonas Hydratcacbon, protein, nitrat, chất hữu cơ khác
Arthobacter Hydratcacbon
Bacillus Hydratcacbon, protein
Cytophagas Plysaccharide
Nitromonas Nitrit
Nitrobacter Nitrat
Akcagineses Protein
Favobacterium Protein
Corynebacterium Protein
Escherichia Protein, một số chất hữu cơ
Sarcina Chất hữu cơ
Nguyên sinh động vật Xác vi sinh vật
(Nguồn: PGS.TS. Nguyễn Văn Phước, 1999) [11]
• Sinh trưởng dính bám - màng sinh học
Trong dòng nước thải có các vật rắn làm giá đỡ (giá mang) để các vi sinh
vật (chủ yếu là vi khuẩn) sẽ dính bám trên bề mặt. Trong số các vi sinh vật dính
bám có những loài có khả năng sinh ra polysacarit có tính chất như các chất dẻo
(gọi là polyme sinh học), tạo thành màng – màng sinh học.
Như vậy, màng sinh học là tập hợp các loài vi sinh vật khác nhau, có hoạt

tính oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước. Màng này dày từ 0,1 – 0,4 mm và
hơn nữa. Màu của màng thay đổi theo theo thành phần của nước thải từ màu
vàng xám sang nâu tối. Trong quá trình xử lý, nước thải chảy qua phin lọc sinh
học có thể cuốn theo các hạt của màng vỡ ra với kích thước 15 – 30 µm có màu
sáng vàng hay nâu (TS.Trịnh Xuân Lai, 2000) [5].
Màng sinh học gồm các loại vi khuẩn, nấm, động vật bậc thấp được nạp vào
cùng hệ thống nước thải. Mặc dù lớp màng này rất mỏng, song chúng được phân
chia làm 3 lớp: Ngoài cùng là lớp vi sinh vật hiếu khí, trong cùng sát bề mặt vật liệu
lọc là lớp vi sinh vật yếm khí, và tồn tại giữa hai lớp này là một lớp vi sinh vật tùy
nghi. Quá trình lọc sinh học là quá trình hiếu khí, tuy nhiên thực chất nó là một hệ
thống vi sinh vật từ hiếu khí đến yếm khí (Metcalf et al, 2003) [18].
Ở ngoài cùng lớp màng sinh học là lớp vi sinh vật hiếu khí, dễ thấy nhất là các
loài trực khuẩn Bacillus. Lớp trung gian là các vi khuẩn tùy nghi: Pseudomonas,
Alcaligenes, Flavobacterium, Micrococus và cả Bacillus. Lớp sâu bên trong cùng là
các vi khuẩn kỵ khí khử lưu huỳnh và nitrat Desunfovibrio. Phần dưới cùng của
màng là lớp quần thể sinh vật với sự có mặt của các động vật nguyên sinh và một số
vi sinh vật khác. Các loài này ăn vi sinh vật và sử dụng một phần màng sinh học để
làm thức ăn tạo thành các lỗ nhỏ của màng trên các chất mang. Quần thể vi sinh vật
trên màng sinh học có tác dụng như bùn hoạt tính.
Khác với quần thể vi sinh vật ở bùn hoạt tính, thành phần và số lượng các
loài ở màng sinh học tương đối đồng nhất. Mỗi màng lọc có một quần thể cho
riêng mình. Sự khác nhau không chỉ ở số lượng và cả chất lượng. Khi nước thải
chảy qua lọc sinh học, màng sinh học do hoạt động sống của các quẩn thể vi
sinh vật chiếm ưu thế sẽ thay đổi thành phần nhiễm bẩn các chất hữu cơ trong
nước (Grady et al, 1980) [17].
Cơ chế làm việc của màng:
VSV VSV
yếm hiếu Không khí
khí khí
Các chất hữu cơ Dòng nước

DO
VSV tùy nghi
CO
2
, H
2
O
Màng sinh học Màng chất lỏng
Hình 2.3. Quá trình hoạt động của màng sinh học
Các chất hữu cơ dễ phân hủy sẽ được các vi sinh vật sử dụng trước với tốc
độ nhanh đồng thời số lượng các quần thể tương ứng này sẽ phát triển nhanh.
Các chất hữu cơ khó phân hủy sẽ bị phân hủy sau với tốc độ chậm hơn và quần
thể sinh vật đồng hóa chúng cũng phát triển muộn và yếu hơn.
a. Những yếu tố ảnh hưởng đến màng sinh học
1. Tính chất bề ngoài của vật liệu (bề mặt, tính thấm).
2. Tính chất hóa lý của pha lỏng (nhiệt độ, pH, ion, chất hữu cơ,…).
3. Nồng độ những chất hữu cơ trong chất nền: Lượng cacbon hữu cơ có
thể đồng hóa được, lượng cacbon hữu cơ hòa tan dễ bị phân hủy, nhu cầu oxi
sinh học.
4. Các chế độ về dòng chảy (tốc độ dòng,…).
5. Sự có mặt của các tác nhân ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của vi
sinh vật (kim loại nặng,…).
b. Vật liệu tạo màng
Màng sinh học phát triển ở mọi bề mặt phân cách rắn – lỏng, lỏng – khí,
rắn – khí. Trong tự nhiên ta bắt gặp màng sinh học ở nhiều nơi, trên nhiều loại
vật liệu nhưng để ứng dụng nó vào trong công nghệ xử lý nước thải thì ta cần
xem xét đến rất nhiều yếu tố mà đặc biệt là lựa chọn vật liệu lọc sao cho:
1. Diện tích bề mặt lớn.
2. Có các đặc tính thích hợp cho các vi sinh vật cư trú và phát triển.
3. Có độ bền cơ học và độ ổn định tương đối.

4. Có sẵn trên thị trường, dễ sử dụng, dễ tìm, không quá đắt.
2.1.4. Tổng quan về bể lọc sinh học
2.1.4.1. Khái niệm về bể lọc sinh học
Phương pháp lọc nước nói chung đã được loài người biết đến từ lâu, song
đưa nó thành một biện pháp công nghệ xử lí nước nói chung và nước thải nói
riêng mãi tới thế kỉ XIX mới được xác lập. Lọc sinh học lần đầu tiên được áp
dụng ở Mĩ năm 1891 và ở Anh năm 1893. Khái niệm về lọc sinh học nhỏ giọt
được phát triển từ khi dùng các bể lọc tiếp xúc được chứa đầy các hòn đá bị đập
vỡ và cho nước đi qua. Nước chảy qua lọc, tiếp xúc với mọi vật liệu lọc trong
khoảng thời gian ngắn.
Lọc sinh học là quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sử
dụng các vi sinh vật không di động và dính bám trên bề mặt các vật liệu rắn để
tiếp xúc thường xuyên hay di động đối với nước thải (Lâm Minh Triết và cs,
2010) [13].
2.1.4.2. Điều kiện làm việc của lọc sinh học
Lọc sinh học có thể làm việc trong điều kiện hiếu khí hoặc kỵ khí. Đa số
trường hợp cho lọc sinh học làm việc ở điều kiện hiếu khí với dòng khí bổ sung
liên tục từ dưới lên ngược với dòng dịch chuyển của nước, cũng có thể cùng
chiều dòng dịch chuyển của nước.
Nước thải đưa vào hệ thống lọc sinh học cần được xử lý sơ bộ để tránh tắc
nghẽn các khe của vật liệu lọc.
2.1.4.3. Nguyên lý của phương pháp lọc sinh học
Nguyên lí của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động
của vi sinh vật ở màng sinh học, oxi hóa các chất bẩn hữu cơ có trong nước.
Vi sinh vật cố định dính bám và phát triển trên bề mặt vật liệu đệm dạng
rắn tạo thành các lớp màng sinh học (biofilms). Các màng sinh học là tập thể các
vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hiếu khí, kị khí và kị khí tùy tiện. Các vi khuẩn
hiếu khí được tập trung ở phần lớp ngoài của màng sinh học. Ở đây chúng phát
triển và gắn với giá mang là các vật liệu lọc (được gọi là sinh trưởng bám dính)
tiếp xúc với nước thải và tiêu thụ cơ chất (chất hữu cơ, dinh dưỡng, khoáng

chất) làm sạch nước.
Trong quá trình làm việc, các vật liệu lọc tiếp xúc với nước chảy từ trên
xuống, sau đó nước thải đã được làm sạch được thu gom xả vào lắng 2. Nước
vào lắng 2 có thể kéo theo những mảnh vỡ của màng sinh học bị tróc ra khi lọc
làm việc. Trong thực tế, một phần nước đã qua lắng 2 được quay trở lại làm
nước pha loãng cho các loại nước thải đậm đặc trước khi vào bể lọc và giữ nhiệt
cho màng sinh học làm việc.
Chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước thải bị oxi hóa bởi quần thể vi sinh vật
ở màng sinh học. Màng này thường dày khoảng từ 0,1 – 0,4 mm. Các chất
hữu cơ trước hết bị phân hủy bởi vi sinh vật hiếu khí. Sau khi thấm sâu vào
màng, nước hết oxi hòa tan và sẽ chuyển sang phân hủy bởi vi sinh vật kị
khí. Khi các chất hữu cơ có trong nước thải cạn kiệt, vi sinh vật ở màng sinh
học sẽ chuyển sang hô hấp nội bào và khả năng kết dính cũng giảm, dần dần
bị vỡ cuốn theo nước lọc. Hiện tượng này gọi là “tróc màng”. Sau đó lớp màng
mới lại xuất hiện.
2.1.4.4. Cấu tạo bể lọc sinh học
- Bể biophin xây dựng dưới dạng hình tròn hay hình chữ nhật có
tường đặc và đáy thép. Đáy trên là tấm đan đỡ lớp vật liệu lọc, đáy dưới liền
khối không thấm nước. Chiều cao giữa hai lớp đáy lấy khoảng 0,4 - 0,6 m,
độ dốc hướng về máng thu I ≥ 0,01. Độ dốc theo chiều dài của máng thu lấy
theo kết cấu, nhưng không được nhỏ hơn 0,005. Tường bể làm cao hơn lớp
vật liệu lọc 0,5 m.
- Đặc điểm riêng của bể Biophin nhỏ giọt là kích thước của vật liệu lọc
không lớn hơn 25 - 30 mm và tải trọng tưới nước nhỏ 0,5 – 1,0 m
3
/( m
3
.VLL).
2.1.4.5. Thông khí và hiệu suất lọc ở bể lọc sinh học
* Thông khí:

- Lượng không khí cần thiết cho lọc sinh học tính theo công thức sau :
W
kk
= BOD
20
(g/m
3
.ngày )/21
Trong đó: W
kk
: Lượng không khí cần thiết ( m
3
/m
3
nước thải.ngày).
21 : Tỉ lệ % của oxi trong không khí.
- Qua thực tế xác định lượng oxi sử dụng trong lọc sinh học và trong các
công trình sinh học thường không quá 7 – 8% lượng oxi cung cấp. Khi nhiệt độ
dưới 6
0
C quá trình oxi hóa chất hữu cơ trong nước thải không xảy ra.
* Hiệu suất:
Qua thực nghiệm có thể dùng các công thức sau để tính hiệu suất làm sạch
của lọc sinh học: S
0
/ S
f
= kA
s
(H/Q

n

)
Trong đó:
S
0
: BOD
5
của nước sau khi lắng 1 (mg/l).
S
f
: BOD
5
của nước ra khỏi lọc sau khi lắng 2 (mg/l).
A
S
: Diện tích riêng của vật liệu lọc (m
2
/ m
3
).