bước đầu xây dựng cơ sở tài liệu lý thuyết cho phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật kỵ khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC










ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP



BƯỚC ĐẦU XÂY DỤNG CƠ SỞ TÀI LIỆU
LÝ THUYẾT CHO PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
NƯỚC THẢI BẰNG VI SINH VẬT KỴ KHÍ




CHUYÊN NGÀNH : CÔNG NGHỆ SINH HỌC
MÃ NGÀNH : 111



GVHD : Th.S VÕ HỒNG THI
SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN

LỚP : 05DSH
MSSV : 105111015



Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2009




1. Tên đề tài: Bước đầu xây dựng cơ sở tài liệu lý thuyết cho phương pháp xử lý
nước thải bằng vi sinh vật kỵ khí
2. Nhiệm vụ:

- Tổng quan về nước thải và các phương pháp xử lý nước thải.

- Tổng quan quá trình sinh học trong xử lý nước thải.
- Xử lý nước thải bằng vi sinh vật trong điều kiện kỵ khí.
3. Ngày giao đồ án tốt nghiệp: 01/04/2009
4. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 24/06/2009
5. Họ tên người hướng dẫn: Phần hướng dẫn:
1/ Th.S Võ Hồng Thi Toàn bộ

2/
Nội dung và yêu cầu LVTN đã được thông qua bộ môn.

Ngày tháng năm 2009
CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN CHÍNH
(
(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC KTCN TP. HCM
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC

KHOA: MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC
BOÄ MOÂN: CÔNG NGHỆ SINH HỌC
HỌ VÀ TÊN: Trần Phú Điền LỚP : 05DSH
MSSV : 105111015 NĂM HỌC: 2005 - 2009
PHẦN DÀNH CHO KHOA, BỘ MÔN

Người duyệt (chấm sơ bộ):
Đơn vị:
Ngày bảo vệ:
Điểm tổng kết:
Nơi lưu trữ Đồ án tốt nghiệp:
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI CẢM ƠN



Chân thành cảm ơn cô Võ Hồng Thi đã tận tình hướng dẫn, hỗ trợ em hoàn thành
luận văn này
Chân thành cảm ơn thầy Lâm Vĩnh Sơn đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi để
em hoàn thành luận văn này.
Chân thành cảm ơn các thầy cô khoa môi trường và công nghệ sinh học đã chỉ
dạy em trong suốt 4 năm học vừa qua. Giúp em có được những kiến thức và lòng tin
sẽ vượt qua những khó khăn phía trước.

Chân thành cảm ơn trường Đại học Kỹ Thuật Công Nghệ đã đào tạo tôi thành
người có ích cho xã hội.
Trong suốt thời gian 4 năm học tại trường là một khoảnh khắc khó quên đối với
tôi cũng như biết bao sinh viên khác. Ở nơi đó không những là một môi trường giáo
dục và đào tạo mà đó còn là nơi gợi cho tôi biết bao kỷ niệm. Không gì có thể sánh
được niềm vui và hạnh phúc trong tôi khi hoàn thành được luận văn này.
Để có được như vậy, xin chân thành cảm ơn những bàn tay đã dìu dắt tôi để đi
đến hôm nay.

TP. HCM tháng 6 năm 2009
Trần Phú Điền











MỤC LỤC

CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU………………………………………………………………1
I.1. Lý do hình thành đề tài……………………………………………………… …2
I.2. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu…………………………………3
I.2.1. Mục tiêu nghiên cứu………………………………………………….… … 3
I.2.2. Nội dung nghiên cứu…………………………………………………………3
I.2.3. Phương pháp nghiên cứu……………………………………………… ……3

I.2.4. Giới hạn của đề tài………………………………………………………… 3
CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
NƯỚC THẢI…………………………………………………………………… … 4
II.1. Tổng quan về nước thải……………………………………………………….…5
II.1.1. Khái niệm………………………………………………………………… 5
II.1.2. Phân loại nước thải………………………………………………………….5
II.1.2.1. Nước thải sinh hoạt…………………………………………………… 5
II.1.2.2. Nước thải công nghiệp……………………………………………………7
II.2. Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải…………………………… …8
II.2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học…………………………… ….9
II.2.1.1. Song chắn rác……………………………………………………….…9
II.2.1.2. Lưới lọc…………………………………………………………… …9
II.2.1.3. Thiết bị nghiền rác…………………………………………… …….10
II.2.1.4. Bể lắng cát……………………………………………………… … 10
II.2.1.5. Tách dầu mỡ………………………………………………………….10
II.2.1.6. Lọc cơ học………………………………………………………… 10
II.2.2. Phương pháp hóa lý……………………………………………………….11
II.2.2.1. Trung hòa…………………………………………………………… 11
II.2.2.2. Keo tụ…………………………………………………………………11
II.2.2.3. Hấp phụ……………………………………………………………….11
II.2.2.4. Tuyển nổi………………………………………………………… …12
II.2.2.5. Trao đổi ion………………………………………………………… 12
II.2.2.6. Phương pháp trích ly……………………………………………….…12
II.2.2.7. Xử lý bằng màng……………………………………………… ……12
II.2.2.8. Khử khuẩn…………………………………………………………….12
II.2.3. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học…………………… ……….13
II.2.3.1. Cánh đồng lọc…………………………………………………… …13
II.2.3.2. Hồ sinh học…………………………………………………… …….14
II.2.3.3. Bể lọc sinh học……………………………………………….……….15
II.2.3.4. Bể bùn hoạt tính………………………………………………………16

II.3. Vai trò của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học……….……16
CHƯƠNG III: TỔNG QUAN QUÁ TRÌNH SINH HỌC TRONG XỬ LÝ NƯỚC
THẢI……………………………………………………………………………… 18
III.1. Nguyên tắc chung của quá trình…………………………………………… 19
III.2. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải……………………….19
III.2.1. Vi khuẩn…………………………………………………………… … 21
III.2.2. Vi nấm……………………………………………………………………23
III.2.3. Virus và thể thực khuẩn …………………………………………………23
III.2.4. Tảo…………………………………………………………………….…24
III.2.5. Nguyên sinh động vật (Protozoa)………………………… ……………25
III.2.6. Archaea (cổ khuẩn)………………………………………………… … 25
III.3. Quá trình tăng trưởng của tế bào vi sinh vật………………………………… 26
III.3.1. Nuôi cấy tĩnh…………………………………………………….……….27
III.3.2. Nuôi cấy liên tục………………………………………………… …… 29
CHƯƠNG IV: XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG VI SINH VẬT TRONG ĐIỀU KIỆN
KỴ KHÍ…………………………………………………………………………… 30
IV.1. Lược sử phát triển quá trình và xu hướng hiện nay……………………….….31
IV.2. Cơ sở lý thuyết………………………………………………………….…….32
IV.2. Mô tả quá trình…………………………………………………….………….33
IV.4. Hóa sinh học của quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí……34
IV.4.1. Giai đoạn thủy phân…………………………………………………… 34
IV.4.2. Giai đoạn axit hóa……………………………………………………….35
IV.4.3. Giai đoạn acetate hóa……………………………………………………36
IV.4.4. Giai đoạn metan hóa…………………………………………………….38
IV.5. Vi sinh vật học của quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí….41
IV.5.1. Vi khuẩn thủy phân…………………………………………………… 41
IV.5.2. Vi khuẩn axit hóa……………………………………………………… 42
IV.5.3. Vi khuẩn acetate hóa………………………………………………… 43
IV.5.4. Vi khuẩn sinh metan…………………………………………………….44
IV.5.5. Các vi khuẩn khử sulfat…………………………………………………47

IV.6. Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải trong
điều kiện kỵ khí………………………………………………………………… …47
IV.6.1. Thời gian lưu bùn………………………………………………….…….47
IV.6.2. Nhiệt độ…………………………………………………………… … 47
IV.6.3. pH…………………………………………………………………….….48
IV.6.4. Tính chất của chất nền………………………………………… ………48
IV.6.5. Các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng………………………………49
IV.6.6. Các chất gây độc…………………………………………………… … 49
IV.6.7. Sự khuấy đảo hỗn hợp phân hủy………………………………… ……51
IV.6.8. Kết cấu hệ thống…………………………………………………………51
IV.7. Động học của quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải điều kiện kỵ
khí………………………………………………………………………………… 52
IV.7.1. Quá trình tăng trưởng của tế bào vi sinh vật…………………….………52
IV.7.2. Năng suất tạo sinh khối………………………………………………….53
IV.8. Các dạng công trình xử lý…………………………………………………… 53
IV.8.1. Các dạng bể kỵ khí………………………………………………………53
IV.8.1.1. Bể tự hoại……………………………………………… …………53
IV.8.1.2. Bể lắng hai vỏ…………………………………………… ….…….54
IV.8.1.3. Bể metan……………………………………………………… … 54
IV.8.2. sinh học kỵ khí hai giai đoạn…………………………………………….54
IV.8.3. Bể bùn kỵ khí dòng chảy ngược – UASB………………… ………… 55
IV.8.4. Bể phản ứng liên tục – CSTR……………………………………………56
IV.8.5. Bể phản ứng dòng chảy đều……………………………………… ……57
IV.8.6. Lọc kỵ khí bám dính cố định – AFR………………………….…………57
IV.8.7. Bể phản ứng đệm kỵ khí giản nở - FBR…………………………………57
IV.9. Các thông số tính toán công trình xử lý………………………………………58
IV.10. Một số vấn đề cần lưu ý khi vận hành hệ thống xử lý nước thải trong điều kiện
kỵ khí……………………………………………………………………………… 61
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………….65
V.1. Kết luận…………………………………………………………………… …66

V.2. Kiến nghị………………………………………………………………… … 66

























DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT


AND Axit dezoxyribonucleic

ADP Adenosine DiPhotphat
ATP Adenosine TriPhotphat
BOD Biochemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy sinh hóa
COD Chemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxy hóa học
SS Suspended Solids
Các chất rắn lơ lửng
VFA Volatile Suspended Acids
Axit béo dễ bay hơi
VSS Volatile Suspended Solid
Các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi
















DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Tải lượng ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt…………………………………6
Bảng 2.2: Thành phần trung bình của nước thải sinh hoạt………………………… 7
Bảng 2.3: Nồng độ các chất gây ô nhiễm trong nước thải một số ngành công
nghiệp…………………………………………………………………………………8
Bảng 4.1: Các phản ứng sinh acetate và sự thay đổi năng lượng tự do (∆G)……….37
Bảng 4.2: Các vi khuẩn có khả năng chuyển hóa đường thành axit acetic…………44
Bảng 4.3: Các vi khuẩn chính tạo metan……………………………………………46
Bảng 4.4: Tỷ lệ C/N trong một số loại phân……………………………………… 49
Bảng 4.5: Nồng độ các chất gây ức chế quá trình lên men của vi khuẩn kỵ khí… 51
Bảng 4.6: Các thông số tính toán công trình sinh học kỵ khí……………………….58
Bảng 4.7: Thông số thiết kế cho mô hình phân hủy kỵ khí…………………………59
Bảng 4.8: Tải trọng thiết kế bể UASB ở các nhiệt độ khác nhau………………… 60
Bảng 4.9: Các thông số thiết kế bể UASB đối với các loại nước thải khác nhau… 60
Bảng 4.10: Một số thông số cần thiết cho tính toán thiết kế bể metan…………… 61














DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 3.1: Quá trình sinh trưởng của vi sinh vật…………………………………… 27
Hình 4.1: Các giai đoạn của quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ……………… 34
Hình 4.2: Ảnh hưởng của nhiêt độ đến khả năng sinh khí của các vi sinh vật tạo
metan……………………………………………………………………………… 48




ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI
SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN
1














CHƯƠNG I: MỞ ĐẦU.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI
SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN
2

I.1. Lý do hình thành đề tài:
Lên men sinh metan là hình thức biến đổi sinh khối thành năng lượng đã được
biết từ lâu. Về bản chất đó là quá trình lên men kỵ khí các dạng nguyên liệu rất khác
nhau: phế thải nông nghiệp, phế thải các nhà máy thực phẩm, nhà máy đường, nước
thải sinh hoạt của các thành phố cụm dân cư thành năng lượng tái sinh là CH
4
và
CO
2
. Quá trình lên men tạo CH
4

được thực hiện bởi quần thể của nhiều loài vi sinh
vật khác nhau ở điều kiện kỵ khí.
Theo tính toán nếu tận dụng hết các nguồn phế thải trên trái đất thì hang năm
chúng ta có thể tạo được khoảng 200 tỉ m
3
khối khí sinh học, tương đương khoảng
150 - 200 triệu tấn nhiên liệu và khoảng 20 triệu tấn bã là nguồn phân bón hữu cơ
chất lượng cao.
Việt Nam là nước có mật độ dân số cao. Dân số chủ yếu là sản xuất nông nghiệp.
Trong những năm gần đây công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa được xem là
chìa khóa để phát triển đất nước. Do đó, hàng loạt các khu công nghiệp, khu chế xuất
và các cơ sở sản xuất đã và đang được hình thành. Từ đó các vấn đề ô nhiểm môi
trường cũng phát sinh và ngày càng nóng bỏng.
Trong quá trình sản xuất nông nghiệp ngoài những sản phẩm thu được còn tạo ra
một lượng chất thải cũng như nước thải khá lớn. Phần lớn lượng nước thải này chưa
được xử lý. Đặc biệt là nước thải chăn nuôi có chứa hàm lượng chất hữu cơ rất cao,
có thể xử lý bằng phương pháp sinh học kỵ khí để thu hồi khí sinh học tạo năng
lượng là biogas và phân hữu cơ để bón cho cây trồng. Ngược lại nếu nước thải loại
này không được xử lý triệt để sẽ dể dàng gây ra mùi hôi thối, khó chịu, ô nhiễm môi
trường xung quanh.
Mặt khác sự phát triển của công nghiệp hóa, hiện đại hóa cũng phát sinh ra nhiều
loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ rất cao, như nước thải từ các nhà máy sản
suất chế biến thực phẩm. Các loại nước thải này không thể xử lý đạt hiệu quả bằng
các phương pháp sinh học hiếu khí, hay các phương pháp cơ học, hóa học và hóa lý
do đặc trưng ô nhiểm chất hữu cơ nồng độ cao của chúng.
Để giải quyết những khó khăn trên thì phương pháp xử lý nước thải bằng vi
sinh vật trong điều kiện kỵ khí là một lựa chọn khá phù hợp, xét trên cả chi phí đầu
tư và chi phí vận hành.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI
SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN

3

Tuy nhiên, trong thực tế phương pháp này đã và đang áp dụng tại một số hệ thống
xử lý nước thải và chất thải có hàm lượng chất hữu cơ cao, nhưng tài liệu lý thuyết
của phương pháp vẫn còn rất hạn chế, chưa được nghiên cứu nhiều, tài liệu còn rời
rạc chưa sắp xếp lại thành hệ thống có tính logic chặt chẽ.
Do đó, đề tài “bước đầu xây dựng cơ sở tài liệu lý thuyết cho phương pháp xử
lý nước thải bằng vi sinh vật kỵ khí” được hình thành với mong muốn bổ sung và
hoàn chỉnh hơn cơ sở lý thuyết có liên quan về quá trình phân hủy kỵ khí nước thải
sinh hoạt và công nghiệp.
I.2. Mục tiêu, nội dung và phương pháp nghiên cứu:
I.2.1. Mục tiêu nghiên cứu:
Xây dựng bổ sung, biên hội, sắp xếp, lựa chọn tài liệu làm cơ sở lý thuyết cho
phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật kỵ khí.
I.2.2. Nội dung nghiên cứu:
 Tổng quan về nước thải và các phương pháp xử lý nước thải.
 Tổng quan quá trình sinh học trong xử lý nước thải.
 Xử lý nước thải bằng vi sinh vật trong điều kiện kỵ khí: hóa sinh học của quá
trình, vi sinh vật học của quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kỵ
khí, các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình,…
I.2.3. Phương pháp nghiên cứu:
 Do đề tài chỉ hình thành trên cở sở lý thuyết mà không tiến hành thí nghiệm
hay tiến hành làm thực nghiệm nên phương pháp nghiên cứu ở đây chủ yếu là
phương phương pháp hồi cứu:
 Trong quá trình thực hiện đề tài, tiến hành thu thập, sưu tầm các thông tin, tài
liệu, số liệu, có liên quan đến nội dung nghiên cứu từ các tạp chí, sách báo,
giáo trình, internet,…từ đó các kiến thức sẽ được lựa chọn và tổng hợp lại làm
cơ sở cho quá trình thực hiện đề tài.
I.2.4. Giới hạn của đề tài:
Thời gian nghiên cứu: 12 tuần.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI
SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN
4












CHƯƠNG II. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ
CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI
SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN
5

II.1. Tổng quan về nước thải:
II.1.1. Khái niệm:
Nước thải là nước đã qua sử dụng trong sinh hoạt, sản xuất hoặc nước chảy tràn
qua các vùng ô nhiễm. tùy vào điều kiện hình thành, nước thải được chia thành nước
thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và nước thải là nước mưa chảy tràn.
Như vậy nước bị ô nhiễm các có nguồn gốc từ tự nhiên và do con người gây ra:
 Nguồn gốc tự nhiên: do mưa, lũ lụt, gió bão,…các tác nhân trên đưa vào
nguồn nước các chất thải bẫn, các vi sinh vật có hại, kể cả xác chết của chúng.
 Nguồn gốc con người: là các chất thải độc hại chủ yếu dưới dạng lỏng do các
hoạt động của con người gây ra như: nước thải sau khi đã dùng trong sinh
hoạt, công nghiệp, nông nghiệp, bệnh viện,…
II.1.2. Phân loại nước thải:
II.1.2.1. Nước thải sinh hoạt:
Là nước thải sau khi được con người sử dụng vào các mục đích như tắm, giặt, nhà
vệ sinh, nước rửa, hồ bơi…Chúng chứa khoảng 52% chất hữu cơ và 48% chất
khoáng. Ngoài ra, trong nước thải sinh hoạt còn chứa nhiều loài sinh vật gây bệnh và
các độc tố của chúng. Phần lớn các virut, vi khuẩn gây bệnh tả, vi khuẩn gây bệnh lỵ,
vi khuẩn gây bệnh thương hàn. Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là hàm
lượng chất hữu cơ cao và không bền sinh học. Nước thải sinh hoạt phát sinh từ các
hộ dân cư, có lưu lượng nhỏ nhưng bố trí trên địa bàn rộng lớn, khó thu gom triệt để
được xếp vào nguồn phát tán.
Chất hữu cơ chứa trong nước thải sinh hoạt bao gồm các hợp chất như protein

(40 – 50%); hydratcacbon (40 – 50%); và các chất béo (5 – 10%). Ở những khu dân
cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh hoạt không được xử lý là
một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường trầm trọng.
Lượng nước thải sinh hoạt dao động trong phạm vi rất lớn, tùy thuộc vào mức
sống và các thói quen của người dân, có thể ước tính bằng 80% lượng nước cấp.
Nước thải sinh hoạt có hàm lượng chất dinh dưỡng khá cao, đôi khi vượt quá cả
yêu cầu cho xử lý sinh học.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI
SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN
6

Một tính chất đặc trưng nữa của nước thải sinh hoạt là không phải tất cả các hợp
chất hữu cơ đều có thể phân hủy sinh học và khoảng 20 – 40% BOD thoát ra khỏi
quá trình xử lý sinh học cùng với bùn lắng.

Bảng 2.1: Tải lượng ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt
Chỉ tiêu ô nhiễm Hệ số tải lượng
(g/người.ngày)
Tải lượng ô nhiễm
(kg/ngày)
Chất rắn lơ lửng 70 – 145 89 – 184,5
Amoni (N-NH
4
) 2,4 – 4,8 3,1 – 6,2
BOD5 của nước đã lắng 45 – 54 57,2 – 68,7
Nitơ tổng 6 – 12 7,6 – 15,2
Tổng photpho 0,8 – 4,0 1,02 – 5,1
COD 72 – 102 91,6 – 127,7
Dầu mỡ 10 – 30 12,7 – 38,1
Nguồn: Rapid Environmental Assessment WHO – 1992

.
















ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI
SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN
7

Bảng 2.2: Thành phần trung bình của nước thải sinh hoạt.
Mức độ ô nhiễm
STT


Các chất có trong nước thải (mg/l)
Nặng Trung bình Nhẹ
1
2

3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Tổng chất rắn
Chất rắn hòa tan
Chất rắn không hòa tan
Tổng chất rắn lơ lửng
Chất rắn lắng
Oxy hòa tan
Ni tơ tổng
Ni tơ hữu cơ
N-NH
3

N-NO
2

N-NO
3

Clorua
Độ kiềm (mg CaCO
3
)
Chất béo
Tổng photpho
1.000
700
300
600
12
0
85
35
50
0,1
0,4
175
200
40
-
500
350
150
350
8
0
50
20
30

0,05
0,2
100
100
20
8
200
120
8
120
4
0
25
10
15
0
0,1
15
50
0
-
Nguồn: Nguyễn Văn Phước - xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương
pháp sinh hoc - 2007.

II.1.2.2. Nước thải công nghiệp:
Là nước thải sau quá trình sản xuất, phụ thuộc vào loại hình công nghiệp xuất
hiện khi khai thác và chế biến các nguyên liệu hữu cơ và vô cơ. Nước thải công
nghiệp thường có lưu lượng lớn và nồng độ các chất ô nhiễm cao và có mức độ rất
khác nhau tùy thuộc vào từng loại hình công nghiệp và công nghệ lựa chọn. Nhìn
chung, nước thải của các nhà máy thực phẩm chứa đầy đủ các chất dinh dưỡng thích

hợp cho xử lý sinh học. Còn nước thải của các nhà máy hóa chất lại chứa rất nhiều
các chất không thích hợp cho phương pháp sinh học.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI
SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN
8

Bảng 2.3: Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải một số ngành công nghiệp.
Ngành công nghiệp Các chất ô nhiễm Nồng độ (mg/l)
NH3-N 200
N hữu cơ 100

Nhà máy luyện thép
Phenol 2.000
Xi mạ Cr
+6
3 – 550
COD 23.000
Nhựa dẻo
TOD 8.800
COD 2.000
Phenol 200 – 2.000

Hồ thải từ công đoạn dán gỗ
P-PO
4
9 – 15
BOD
5

4.500 Phân bón
Chất rắn lơ lửng 10.000
BOD
5
400 – 2.500 Giết mổ gia xúc
Chất rắn lơ lửng 400 – 1.000
BOD
5
100 – 350 Bột giấy và giấy
Chất rắn lơ lửng 75 – 300
BOD
5
700 – 7.000 Thuộc da
Chất rắn lơ lửng 4.000 – 20.000
Nguồn: Nguyễn Văn Phước - xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương
pháp sinh học - 2007.

II.2. Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải:
Các loại nước thải đều chứa các tạp chất gây nhiễm bẩn có tính chất rất khác
nhau: từ các loại chất rắn không tan, đến các loại chất khó tan và những hợp chất tan
trong nước. Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch lại nước và có thể
đưa nước đổ vào nguồn hoặc đưa tái sử dụng. Để đạt được những mục đích đó chúng
ta thường dựa vào đặc điểm của từng loại tạp chất để lựa chọn phương pháp xử lý
thích hợp.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI
SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN
9

Thông thường có các phương pháp xử lý nước thải sau:
 Xử lý bằng phương pháp cơ học.
 Xử lý bằng phương pháp hóa lý và hóa học.
 Xử lý bằng phương pháp sinh học.
 Xử lý bằng phương pháp tổng hợp.
II.2.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học:
Trong nước thải thường có các loại tạp chất cỡ khác nhau cuốn theo, như rơm cỏ,
gỗ mẩu, bao bì chất dẻo, giấy, giẻ, dầu mỡ nổi, cát sổi, các vụn gạch ngói,…Ngoài ra
còn có các loại hạt lơ lửng ở dạng huyền phù rất khó lắng. Tùy theo kích cỡ, các hạt
huyền phù được chia thành hạt chất rắn lơ lửng có thể lắng được, hạt chất rắn keo
được khử bằng đông tụ.
Các loại tạp chất trên dùng các phương pháp xử lý cơ học là thích hợp nhất (trừ
hạt dạng chất rắn keo).
Phương pháp này dùng để tách các chất không hòa tan và một phần các chất ở
dạng keo ra khỏi nước thải. Sau đây là một số công trình xử lý nước thải bằng
phương pháp cơ học phổ biến.
II.2.1.1. Song chắn rác:
Có chức năng giữ lại những rác thô, như giẻ, giấy, rác,vỏ hợp, mẩu đất đá, gỗ,…
nhằm đảm bảo cho máy bơm, các công trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn
định. Tùy vào kích thước mà ta phân loại song chắn rác thô, trung bình, hay song
chắn rác tinh. Song chắn rác làm bằng sắt tròn hoặc vuông (sắt tròn có đường kính từ
8 – 10mm), hai thanh cách nhau một khoảng bằng 60 – 100mm để chắn vật liệu thô
và 10 – 20mm để chắn vật liệu nhỏ hơn, đặt nghiêng theo dòng chảy một góc
60 – 75
o
.
Vận tốc dòng chảy thường lấy từ 0,8 – 1m/s để tránh lắng cát.
II.2.1.2. Lưới lọc:
Sau chắn rác, để có thể loại bỏ các tạp chất có kích thước nhỏ hơn, mịn hơn ta có
thể đặt thêm lưới lọc. Các vật thải được giữ lại trên mặt lọc, phải cào lấy ra khỏi làm

tắt dòng chảy.
Người ta còn thiết kế lưới lọc hình tang trống cho nước chảy từ ngoài vào hay từ
trong ra.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI
SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN
10

Trước chắn rác còn có khi lắp thêm máy nghiền để nghiền nhỏ các tạp chất.
II.2.1.3. Thiết bị nghiền rác:
Dùng để cắt và nghiền rác thành các hạt, mảnh nhỏ hơn để trành làm tắc ống
không gây hại cho bơm. Tuy nhiên trong thực tế việc dùng máy nghiền rác thay cho
xong chắn rác gặp nhiều khó khăn cho các công trình xử lý tiếp theo do lượng cặn
tăng lên gây tắc nghẽn hệ thống phân phối khí và các thiết bị làm thoáng khí trong
các bể ( đĩa, lỗ phân phối khí và các tuabin…).
II.2.1.4. Bể lắng cát:
Dựa vào nguyên lý trọng lực, dòng nước thải được cho chảy qua bể lắng. Bể lắng
là các loại bể, hố, giếng,…cho nước thải chảy vào theo nhiều cách khác nhau : theo
tiếp tuyến, theo dòng chảy ngang, theo dòng từ trên xuống và tỏa ra chung
quanh,…Nước qua bể lắng dưới tác dụng của trọng lực cát nặng sẽ lắng xuống đáy
và kéo theo một phần chất đông tụ.
Cát lắng ở đáy bể thường ít chất hữu cơ. Sau khi lấy ra khỏi bể lắng cát, sỏi được
loại bỏ.
II.2.1.5. Tách dầu mỡ:
Nước thải của một số xí nghiệp ăn uống, chế biến bơ sữa, các lò mổ, xí nghiệp ép
dầu,…thường có lẫn dầu mỡ. Các chất này thường nhẹ hơn nước và nổi lên trên mặt
nước. Nước thải sau khi xử lý không có lẫn dầu mỡ mới được phép cho chảy vào các
thủy vực. Hơn nữa, nước thải có lẫn dầu mỡ khi vào xử lý sinh học sẽ làm bít các lỗ
hổng ở vật liệu lọc, ở pin lọc sinh học và còn làm hỏng cấu trúc bùn hoạt tính trong
aeroten…
Ngoài cách làm các gạt đơn giản bằng các tấm sợi quét trên mặt nước, người ta

chế tạo ra các thiết bị tách dầu, mỡ đặt trước dây chuyền công nghệ xử lý nước thải.
II.2.1.6. Lọc cơ học:
Lọc được dùng trong xử lý nước thải để tách các tạp chất phân tán nhỏ khỏi nước
mà bể lắng không lắng được. Trong các loại phin lọc thường có loại phin lọc dùng
vật liệu lọc dạng tấm và loại hạt. Vật liệu lọc dạng tấm có thể làm bằng tấm thép có
đục lỗ hoặc lưới bằng thép không gỉ, nhôm, niken, đồng thau,…và cả các loại vải
khác nhau (thủy tinh, amiăng, bông, len, sợi tổng hợp. Tấm lọc cần có trở lực nhỏ, đủ
bền và dẻo cơ học, không bị trương nở và bị phá hủy ở điều kiện lọc.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI
SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN
11

Vật liệu lọc dạng hạt là các thạch anh, than gầy, than cốc, sỏi, đá nghiền, thậm
chí cả than nâu, than bùn hay than gỗ.
II.2.2. Phương pháp hóa lý:
Cơ sở của phương pháp hóa lý để xử lý nước thải là dựa vào các phản ứng hóa
học và các quá trình hóa lý diễn ra giữa chất bẩn trong nước thải và hóa chất thêm
vào.
II.2.2.1. Trung hòa:
Nước thải thường có những giá trị pH khác nhau. Muốn nước thải được xử lý tốt
bằng phương pháp sinh học phải tiến hành trung hòa và điều chỉnh pH về vùng
6,6 – 7,6.
Trung hòa bằng cách dung dung dịch axit hoặc kiềm để trung hòa dịch nước thải.
II.2.2.2. Keo tụ:
Trong quá trình lắng cơ học chỉ tách được các hạt chất rắn huyền phù có kích
thước ≥10
-2
mm, còn các hạt nhỏ hơn ở dạng keo không thể lằng được. Bằng phương
pháp keo tụ ta có thể làm tăng kích thước các hạt nhờ tác dụng tương hỗ giữa các hạt
phân tán liên kết lại với nhau để có thể lắng được.

Các hạt lơ lửng trong nước đều mang điện tích âm hoặc dương. Các hạt có nguồn
gốc silic và các hợp chất hữu cơ mang diện tích âm, các hạt hydroxit sắt và hydroxit
nhôm mang điện tích dương. Khi thế điện động của nước bị phá vỡ, các hạt mang
điện tích này sẽ liên kết lại với nhau thành các hạt bông keo, các hạt bông keo này có
tác dụng làm tăng tốc độ lắng và giảm thời gian lắng.
Các chất keo tụ thường dung là muối sắt (Fe
2
(SO
4
)
3
.2H
2
O, FeSO
4
.7H
2
O,…),
muối nhôm (Al
2
(SO
4
)
3
.18H
2
O,…) hoặc hỗn hợp của chúng.
II.2.2.3. Hấp phụ:
Phương pháp hấp phụ được dùng để loại bỏ hết các chất bẩn hòa tan trong nước
mà phương pháp sinh học và các phương pháp khác không thể loại bỏ được với hàm

lượng rất nhỏ. Thông thường đây là các hợp chất hòa tan có độc tính cao hay các
chất có màu và mùi vị khó chịu.
Các chất hấp phụ thường dung là: than hoạt tính, đất sét hoạt tính, silicagen, keo
nhôm, một số chất tổng hợp hoặc chất thải trong sản xuất, như xỉ tro, xỉ mạt
sắt,…Trong đó than hoạt tính được sử dụng phổ biến nhất. Lượng chất hấp phụ tùy
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI
SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN
12

thuộc vào khả năng hấp phụ của từng chất và hàm lượng chất bẩn có trong nước.
Phương pháp này có thể hấp phụ được 58 – 95% các chất hữu cơ và màu.
II.2.2.4. Tuyển nổi:
Phương pháp tuyển nổi dựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán trong nước có
khả năng tự lắng kém, nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề
mặt nước. Sau đó người ta tách các bọt khí cùng các phần tử dính ra khỏi nước. Thực
chất đây là quá trình tách bọt hoặc làm đặc bọt. Trong một số trường hợp, quá trình
này cũng được dung để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt.
Phương pháp tuyển nổi được dung rộng rãi trong luyện kim, thu hồi khoáng sản
quý và cũng được dung trong lĩnh vực xử lý nước thải.
II.2.2.5. Trao đổi ion:
Phương pháp này được dung làm sạch nước nói chung, trong đó có nước thải,
loại ra khỏi nước các ion kim loại như: Zn, Cu, Cr, Ni, Pb, Hg, Cd,…cũng như các
hợp chất chứa asen, phosphor, xianua và chất phóng xạ. Phương pháp này được dùng
phổ biến để làm mềm nước, loại ion Ca
+2
và Mg
+2
ra khởi nước cứng.
Các chất trao đổi ion có thể là các chất vô cơ hoặc hữu cơ có nguồn gốc tự nhiên
hoặc tổng hợp.

II.2.2.6. Phương pháp trích ly:
Trích ly là phương pháp tách các chất bẩn hoà tan ra khỏi nước thải bằng dung
môi nào đó nhưng với điều kiện dung môi đó không tan trong nước và độ hoà tan
chất bẩn trong dung môi cao hơn trong nước.
II.2.2.7. Xử lý bằng màng:
Màng được định nghĩa là một pha đóng vai trò ngăn cách giữa các pha khác
nhau. Nó có thể là chất rắn, hoặc một gel (chất keo) trương nở do dung môi hoặc
thậm chí cả một chất lỏng. Việc ứng dụng màng để tách các chất, phụ thuộc vào độ
thấm của các hợp chất đó qua màng.
Các kỹ thuật như điện thẩm tích, thẩm thấu ngược, siêu lọc và các quá trình
tương tự khác ngày càng đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải.
II.2.2.8. Khử khuẩn:
Dùng các hóa chất có tính độc đối với vi sinh vật, tảo , động vật nguyên sinh,
gian, sán,… để làm sạch nước, đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh để đổ vào nguồn hoặc tái
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI
SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN
13

sử dụng. Khử khuẩn hay sát khuẩn có thể dùng hóa chất hoặc các tác nhân vật lý
như: ozon, tia tử ngoại,…
Hóa chất sử dụng để khử khuẩn phải đảm bảo có tính độc đối với vi sinh vật
trong một thời gian nhất định, sau đó phải được phân hủy hoặc bay hơi, không còn
dư lượng gây độc cho người sử dụng hoặc vào các mục đích sử dụng khác.
Các chất khử khuẩn hay dùng nhất là khí hoặc nước clo, nước javel, vôi clorua,…
II.2.3. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học:
Phương pháp sinh học được ứng dụng để xử lý các hợp chất hữu cơ hòa tan có
trong nước thải và một số hợp chất vô cơ như H2S, sunfit, nitơ,…dựa trên cơ sở hoạt
động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm, vi sinh vật sử dụng chất
hữu cơ và một số khoáng chất làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển.
Có hai loại công trình trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học:

 Trong điều kiện tự nhiên: cánh đồng lọc, hồ sinh học. Các quá trình biến đổi
hiếu khí và kỵ khí đều xảy ra đan xen lẩn nhau trong các công trình tự nhiên.
 Trong điều kiện nhân tạo: có thể chia thành 2 loại:
+ Phương pháp hiếu khí (nhân tạo): sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt
động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục. Gồm các công trình như: bể lọc sinh
học, bể aerotank…
+ Phương pháp kỵ khí (nhân tạo): sử dụng nhóm vi sinh vật kỵ khí, hoạt động
trong điều kiện không có oxy. Gồm các công trình như: bể UASB, sinh học kỵ khí
hai giai đoạn, lọc kỵ khí bám dính cố định,…(như đã trình bày ở trong phần IV.7)
II.2.3.1. Cánh đồng lọc:
Trong môi trường tự nhiên, các quá trình lý, hóa và sinh học diễn ra khi đất, nước,
sinh vật và không khí tác động qua lại với nhau. Lợi dụng các quá trình này, người ta
thiết kế các hệ thống tự nhiên để xử lý nước thải. Các quá trình xảy ra trong tự nhiên
giống như các quá trình xảy ra trong các hệ thống nhân tạo, ngoài ra còn có thêm các
quá trình quang hợp, quang oxy hóa, hấp thu dưỡng chất của hệ thực vật. Trong các
hệ thống tự nhiên các quá trình diễn ra ở vận tốc "tự nhiên" và xảy ra đồng thời trong
cùng một hệ sinh thái, trong khi trong các hệ thống nhân tạo các quá trình diễn ra
tuần tự trong các bể phản ứng riêng biệt.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI
SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN
14

Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc là việc tưới nước thải lên bề mặt của một
cánh đồng với lưu lượng tính toán để đạt được một mức xử lý nào đó thông qua quá
trình lý, hóa và sinh học tự nhiên của hệ đất - nước - thực vật của hệ thống. Ở các
nước đang phát triển, diện tích đất còn thừa thải, giá đất còn rẻ do đó việc xử lý nước
thải bằng cánh đồng lọc được coi như là một biện pháp rẻ tiền.
Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc đồng thời có thể đạt được ba mục tiêu:
 Xử lý nước thải.
 Tái sử dụng các chất dinh dưỡng có trong nước thải để sản xuất.

 Nạp lại nước cho các túi nước ngầm.
So với các hệ thống nhân tạo thì việc xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc cần ít
năng lượng hơn. Xử lý nước thải bằng cánh đồng lọc cần năng lượng để vận chuyển
và tưới nước thải lên đất, trong khi xử lý nước thải bằng các biện pháp nhân tạo cần
năng lượng để vận chuyển, khuấy trộn, sục khí, bơm hoàn lưu nước thải và bùn Do
ít sử dụng các thiết bị cơ khí, việc vận hành và bảo quản hệ thống xử lý nước thải
bằng cánh đồng lọc dễ dàng và ít tốn kém hơn. Tuy nhiên, việc xử lý nước thải bằng
cánh đồng lọc cũng có những hạn chế như cần một diện tích đất lớn, phụ thuộc vào
cấu trúc đất và điều kiện khí hậu.
Tùy theo tốc độ di chuyển, đường đi của nước thải trong hệ thống người ta chia
cánh đồng lọc ra làm 3 loại:
 Cánh đồng lọc chậm (SR).
 Cánh đồng lọc nhanh (RI).
 Cánh đồng chảy tràn (OF).
II.2.3.2. Hồ sinh học:
Vi sinh
vật sử dụng
oxy sinh ra từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng
như
oxy
hóa từ không khí để oxy hóa các chất hữu cơ, rong tảo lại
tiêu

thụ
CO
2
, photphat
và nitrat amon sinh ra từ sự phân hủy, oxy hóa các chất hữu cơ bởi vi sinh
vật.
Để hồ

hoạt động bình
thường
cần phải giữ giá trị pH và nhiệt độ tối ưu
.
Nhiệt độ không
được thấp hơn 6
0
C.
Hồ sinh học được ứng dụng trong xử lý nước thải đô thị hoặc nước thải công nghiệp.
Với ưu điểm chi phí thấp, vận hành đơn giản, ở những nới có diện tích mặt bằng lớn việc
áp dụng công trình này là rất thích hợp.
ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD: Th.S VÕ HỒNG THI
SVTH : TRẦN PHÚ ĐIỀN
15

Hồ sinh học còn được dùng trong công đoạn tiền xử lý đối với các công trình xử lý
công nghiệp, do đó khi đưa nước thải vào xử lý không cần qua giai đoạn xử lý sơ bộ.
Ngoài việc xử lý nước thải còn có nhiệm vụ:
 Nuôi trồng thuỷ sản.
 Nguồn nước để tưới cho cây trồng.
 Điều hoà dòng chảy.
Có các loại hồ sinh học sau đây:
 Hồ kỵ khí.
 Hồ kỵ hiếu khí
 Hồ hiếu khí.
II.2.3.3. Bể lọc sinh học:
Bể lọc sinh học là một thiết bị phản ứng sinh học trong đó các vi sinh vật sinh
trưởng cố định trên lớp vật liệu lọc. Bể lọc hiện đại bao gồm một lớp vật liệu dễ thấm
nước với vi sinh vật dính kết trên đó. Nước thải đi qua lớp vật liệu này sẽ thấm hoặc
nhỏ giọt trên đó. Vật liệu lọc thường là đá dăm hoặc các khối vật liệu dẻo có hình thù

khác nhau. Nếu vật liệu lọc là đá hoặc sỏi thì kích thước hạt dao động trong khoảng
25 – 100 mm, chiều sâu lớp vật liệu dao động trong khoảng 0,9 – 2,5 m, trung bình
là 1,8m. Bể lọc với vật liệu đá dâm thường có dạng tròn. Nước thải được phân phối
trên lớp vật liệu lọc nhờ bộ phận phân phối. Bể lọc với vật liệu lọc là chất dẻo có thể
có dạng tròn, vuông hoặc nhiều dạng khác nhau với chiều cao biến đổi từ 4 – 12 m.
Các chất hữu cơ có trong nước thải sẽ bị hấp phụ vào màng vi sinh vật dày
0,1 – 0.2 mm và bị phân huỷ bởi vi sinh vật hiếu khí. Khi vi sinh vật sinh trưởng và
phát triển, bề dày lớp màng tăng lên, do đó oxy đã bị tiêu thụ trước khi khuếch tán
hết chiều dày lớp màng sinh vật. Như vậy, môi trường kỵ khí được hình thành ngay
sát bề mặt vật liệu lọc.
Khi chiều dày lớp màng tăng lên, quá trình đồng hoá chất hữu cơ xảy ra trước khi
chúng tiếp xúc với vi sinh vật gần bề mặt vật liệu liệu lọc, và bị rửa trôi.
Bể lọc sinh học có các loại sau:
 Bể lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập trong nước.
 Bể lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước.
 Bể lọc sinh học có lớp vật liệu là các hạt cố định.