nghiên cứu xử lý ni tơ trong nước thải bằng hệ thống tổ hợp hiếu khí và thiếu khí

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO HÀ NỘI
TRƯỜNG THCS GIANG BIÊN - LONG BIÊN
**************
ĐỀ TÀI DỰ THI KHOA HỌC, KỸ THUẬT
DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CẤP THÀNH PHỐ
LẦN THỨ TƯ (NĂM HỌC 2014 - 2015).
Tên đề tài: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
SINH HOẠT BẰNG CÔNG NGHỆ TỔ HỢP THIẾU KHÍ-HIẾU KHÍ
.
Lĩnh vực: Khoa học môi trường.
NGƯỜI HƯỚNG DẪN
- GV: Đồng Mai Trang
- Đơn vị công tác: THCS Giang
Biên
TÁC GIẢ:
1. Nguyễn Công Hoàng Phong
Lớp: 9A Trường: THCS Giang Biên
2. Trương Anh Tuấn
Lớp: 9B Trường:THCS Giang Biên
Hà Nội, tháng 11 năm 2014
1
MỤC LỤC
PHẦN I: LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI 3
PHẦN II: TỔNG QUAN VÀ ĐIỂM MỚI ĐIỂM SÁNG TẠO CỦA ĐỀ TÀI. .4
PHẦN III: QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ 5
PHẦN IV: KẾT LUẬN 27
2
PHẦN I:
LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Nước cần cho mọi sự sống và phát triển. Nước giúp cho các tế bào sinh vật trao đổi
chất, tham gia vào các phản ứng hoá sinh và tạo nên các tế bào mới. Nước được

dùng cho đời sống, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và dịch vụ.Vì vậy, có thể
nói rằng ở đâu có nước là ở đó có sự sống
Ở nước ta hiện nay, hầu hết các khu đô thị, khu dân cư, làng, xã hay một số
điểm du lịch được xây dựng phục vụ nhu cầu con người có nguồn nước thải sinh
hoạt sinh ra còn chưa được xử lý triệt để, mặc dù một vài nơi có hệ thống xử lý tâp
trung nhưng còn nhiều khó khăn về vấn đề vận hành cũng như các chi phí xử lý
cao dẫn đến nước thải sinh hoạt không đạt tiêu chuẩn môi trường mà đã xả trực
tiếp ra sông, hồ. Ngoài nguồn nước thải khổng lồ , thải ra từ các hoạt động của con
người thì chúng ta cũng phải đối mặt với một hiện tượng môi trường ngày càng trở
nên nghiêm trọng là hiện tượng phú dưỡng gây ra do bùng nổ các loài rong, tảo,
thực vật phù du và nồng độ chất dinh dưỡng Nitơ, Phôtpho quá cao. Điều đó khiến
tình trạng tầng nước mặt bị ô nhiễm, bốc mùi khó chịu, nước có màu xanh đen
hoặc đen, theo thời gian sẽ ảnh hưởng tới tầng nước ngầm làm mất cảnh quan cũng
như biến đổi hệ sinh thái nước và ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khoẻ của con
người.
Ngày nay, có nhiều phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt, nhưng phương
pháp sinh học được áp dụng rộng rãi hơn cả. Phương pháp này cũng đã được ứng
dụng để xử lý Nitơ trong nước thải từ những năm 1960. Xuất phất từ những lí do
trên, để góp phần nhỏ vào việc bảo vệ môi trường nước, bước đầu chúng tôi thực
hiện: “Nghiên cứu xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt bằng công nghệ tổ hợp
hiếu khí - thiếu khí”.
PHẦN II
3
TỔNG QUAN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU VÀ ĐIỂM MỚI, SÁNG TẠO
CỦA CỦA ĐỀ TÀI
Việc nghiên cứu xử lý các nguồn ô nhiễm vô cơ cũng như hữu cơ trong nước được
coi là biện pháp tối ưu nhất để giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước. Kế thừa và phát
huy những nghiên cứu trước đây, đề tài của chúng tôi đã có thêm những bước cải
tiến hơn về mặt kĩ thuật cũng như chọn nguồn vi sinh vật thiếu khí – hiếu khí.
Trong phương pháp thực nghiệm chỉ sử dụng hai loại bình (thiếu khí – hiếu khí)

khiến cho hệ thống xử lý bớt cồng kênh hơn hệ thống hiếu khí – thiếu khí – kị khí
mà vẫn cho hiệu suất xử lý tương đương. Bên cạnh đó, nguồn vi si vật thiếu khí,
hiếu khí tương đối dễ nuôi cấy hoặc trực tiếp tận dụng bùn vi sinh ở các nhà máy
sản suất sữa. Nguồn vốn ban đâu của của hệ thống o quá cao nên phủ hợp với thực
tế lượng nước thải sinh hoặt không tập trung một chỗ.
PHẦN III
4
QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU VÀ KẾT QUẢ
1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT
1.1. Nguồn phát sinh nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là nước thải phát sinh từ các hoạt động sinh hoạt của các cộng
đồng dân cư như: khu vực đô thị, trung tâm thương mại, khu vực vui chơi giải trí,
cơ quan công sở, … Thông thường, nước thải sinh hoạt của hộ gia đình được chia
làm hai 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, các vi sinh vật gây bệnh
và cặn lơ lửng. Nước xám là nước phát sinh từ quá trình rửa, tắm, giặt, với thành
phần các chất ô nhiễm không đáng kể. Các thành phần ô nhiễm chính đặc trưng
thường thấy ở nước thải sinh hoạt là Nitơ và Phốt pho. Trong nước thải sinh hoạt,
hàm lượng N và P rất lớn, nếu không được loại bỏ thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận
nước thải bị phú dưỡng – một hiện tượng thường xảy ra ở nguồn nước có hàm
lượng N và P cao, trong đó các loài thực vật thủy sinh phát triển mạnh rồi chết đi,
thối rữa, làm cho nguồn nước trở nên ô nhiễm. Một yếu tố gây ô nhiễm quan trọng
trong nước thải sinh hoạt, đặc biệt là trong phân, đó là các loại mầm bệnh được lây
truyền bởi các vi sinh vật có trong phân. Vi sinh vật gây bệnh từ nước thải có khả
năng lây lan qua nhiều nguồn khác nhau, qua tiếp xúc trực tiếp, qua môi trường
(đất, nước, không khí, cây trồng, vật nuôi, côn trùng…), thâm nhập vào cơ thể
người qua đường thức ăn, nước uống, hô hấp,…,và sau đó có thể gây bệnh. Vi sinh
vật gây bệnh cho người bao gồm các nhóm chính là virus, vi khuẩn, nguyên sinh
bào và giun sán. Với thành phần ô nhiễm là các tạp chất nhiễm bẩn có tính chất
khác nhau, từ các loại chất không tan đến các chất ít tan và cả những hợp chất tan

trong nước, việc xử lý nước thải sinh hoạt là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch nước
và có thể đưa nước vào nguồn tiếp nhận hoặc đưa vào tái sử dụng.
Trong quá trình sinh hoạt, con người xả vào hệ thống thoát nước một lượng
chất bẩn nhất định, phần lớn là các loại cặn, chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng. Ở
5
nước ta Tiêu chuẩn TCXD 51:2007 quy định về lượng chất bẩn tính cho một người
dân xả vào hệ thống thoát nước trong một ngày theo bảng 1 sau đây.
Bảng 1: Lượng phát thải sinh hoạt bình quân của một người trong
một ngày xả vào hệ thống thoát nước(theo quy định của TCXD 51:2007)
Các chất
Giá trị , gam/ngày.đêm
Chất lơ lửng (SS ) 60¸65
BOD
5
của nước thải chưa lắng 65
BOD
5
của nước thải đã lắng 30¸35
Nitơ amôn (N-NH
4
) 8
Phốt phát (PO
4
3-
) 3,3
Ngoài ra, lượng nước thải sinh hoạt phụ thuộc vào tiêu chuẩn cấp nước, đặc
điểm hệ thống thoát nước điều kiện trang thiết bị vệ sinh và có thể tham khảo
theo bảng 2 sau đây
Bảng 2: Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư
6

Dựa vào các số liệu trên ta thấy lượng nước thải tập trung của các khu dân
cư là rất lớn, ví dụ như tổng lượng nước thải ở thành phố Hà Nội riêng năm 2006
là 500.000m
3
/ngày.
Từ đặc tính của nước thải cho thấy các thành phần ô nhiễm chính đặc trưng ở nước
thải sinh hoạt là BOD
5
, COD, Nitơ, Phốtpho, SS, TOC chất tẩy rửa, trong nước
thải sinh hoạt hàm lượng Nitơ và phốtpho rất lớn, (từ 50 đến 55%), chứa nhiều vi
sinh vật, trong đó có vi sinh vật gây bệnh phát triển. Nếu không được xử lý thì sẽ
làm cho nguồn tiếp nhận nước thải bị phú dưỡng. Đồng thời trong nước thải còn
có nhiều vi khuẩn phân huỷ chất hữu cơ, cần thiết cho các quá trình chuyển hoá
chất bẩn trong nước. Như vậy nước thải sinh hoạt của đô thị, các khu dân cư và các
cơ sở dịch vụ, công trình công cộng có khối lượng lớn, hàm lượng chất bẩn cao,
7
Chỉ tiêu Trong khoảng Trung bình
Tổng chất rắn ( TS), mg/l 350-1.200 720
Chất rắn hoà tan (TDS) , mg/l 250-850 500
Chất rắn lơ lửng (SS), mg/l 100-350 220
BOD
5
, mg/l 110-400 220
Tổng Nitơ, mg/l 20-85 40
Nitơ hữu cơ, mg/l 8-35 15
Nitơ Amoni, mg/l 12-50 25
Nitơ Nitrit, mg/l 0-0,1 0,05
Nitơ Nitrat, mg/l 0,1-0,4 0,2
Clorua, mg/l 30-100 50
Độ kiềm , mgCaCO

3
/l 50-200 100
Tổng Phốt pho, mg/l _ 8
nhiều vi khuẩn gây bệnh là một trong những nguồn gây ô nhiễm chính đối với môi
trường nước.Và vấn đề đặt ra là yêu cầu chất lượng nước thải sau khi xử lý phải
đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn thải sau:
Bảng 3. Yêu cầu nước thải sau khi xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT
TT Thông số ô nhiễm Đơn vị
Giới hạn cho phép
(QCVN 14:2008)
Mức A Mức B
1 pH mg/L 5-9 5-9
2 Chất rắn lơ lửng mg/L 50 100
3 Tổng chất rắn tan mg/L 500 1000
4 Sunfua (H
2
S) mg/L 1 4
5 Amoni mg/L 5 10
6 Nitrat mg/L 30 50
1.2. Tổng quan về sự ô nhiễm Nitơ trong nước thải
1.2.1. Trạng thái tồn tại của Nitơ trong nước thải
Trong nước thải, các hợp chất của nitơ tồn tại dưới 3 dạng: các hợp chất hữu
cơ, amoni và các hợp chất dạng ôxy hoá (nitrit và nitrat). Các hợp chất nitơ là các
chất dinh dưỡng, chúng luôn vận động trong tự nhiên, chủ yếu nhờ các quá trình
sinh hoá.
Sơ đố sự ô nhiễm Nitơ trong nước thải:
8

Hợp chất hữu cơ chứa nitơ là một phần cấu thành phân tử protein hoặc là thành
phần phân huỷ protein như là các peptit, axit amin, urê.

Hàm lượng amoniac (NH
3
) chính là lượng nitơ amôn (NH
+
4
) trong nước thải
sinh hoạt, nước thải công nghiệp thực phẩm và một số loại nước thải khác có thể
rất cao. Các tác nhân gây ô nhiễm Nitơ trong nước thải công nghiệp: chế biến sữa,
rau quả, đồ hộp, chế biến thịt, sản xuất bia, rượu, thuộc da.
Trong nước thải sinh hoạt nitơ tồn tại dưới dạng vô cơ (65%) và hữu cơ
(35%).Nguồn nitơ chủ yếu là từ nước tiểu. Mỗi người trong một ngày xả vào hệ
thống thoát nước 1,2 lít nước tiểu, tương đương với 12 g nitơ tổng số. Trong số đó
nitơ trong urê (N-CO(NH
2
)
2
) là 0,7g, lượng chất bẩn Nitơ amôn (N-NH
4
) một
người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước là 7 g/ng.ngày còn lại là các loại
nitơ khác.
1.2.2. Nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm Nitơ trong môi trường nước
Trên thực tế có rất nhiều nguyên nhân dẫn đến sự ô nhiễm Nitơ trong môi
trường nước, nhưng nguyên nhân chínhdẫn đến ô nhiễm Nitơ trong nước theo đánh
giá của các nhà khoa học là từ các nguồn nước như nước thải sinh hoạt, nước thải
9
công nghiệp có chứa các hợp chất Nitơ, phân bón sử dụng trong sản xuất nông
nghiệp. Bên cạnh đó, rác thải ở nhiều khu dân cư không được thu gom xử lý đã tác
động xấu tới nguồn nước. Ở Việt Nam, một nguồn chính khác góp phần gây ô
nhiễm Nitơ trong nước là các hoạt động sản xuất nông nghiệp, nước ta đang sử

dụng trên 9 triệu ha đất nông nghiệp, hằng năm phải bón 5-7 triệu tấn phân hóa
học. Như vậy, phân bón hóa học (urê, lân, kali) sẽ còn một lượng dư thừa lớn, có
tới hang nghìn tấn các chất N, P, K trong đất mỗi năm sẽ rửa trôi theo sông ngòi,
mương rạch ảnh hướng đến nguồn nước cấp sinh hoạt, hoặc ngấm xuống gây ô
nhiễm tầng nước ngầm. Không chỉ vậy, một số ngành công nghiệp có nước thải
chứa Nitơ cũng là nguồn gây nên tình trạng ô nhiễn Nitơ trong môi trường nước.
Với mức độ tăng trưởng kinh tế như hiện nay, chắc chắn Việt Nam sẽ gặp khó
khăn đáng kể với vấn đề ô nhiễm môi trường nước nếu không có các biện pháp xử
lý ô nhiễm phù hợp và kịp thời.
1.2.3. Tác hại của ô nhiễm Nitơ đối với môi trường và sức khỏe con người
Sự ô nhiễm N trong nước thải gây những ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi
trường nước mặt, nước ngầm. Dòng nước thải ô nhiễm Nitơ làm tăng đáng kể hàm
lượng dinh dưỡng trong nước gây ra hiện tượng phú dưỡng trong ao, hồ, sông ngòi.
Gây chết cá cũng như tác động nhiều đến đời sống của vi sinh vật trong nước từ đó
sinh ra các mùi khó chịu, các khí độc làm ô nhiễm môi không khí và môi trường
sống làm ảnh hưởng đến sức khỏe người dân. Tại Hà Nội, nước sông Tô Lịch rất
đen và bốc mùi khó chịu, những ngày nước cạn, khí độc trong bùn sộc lên (do phân
hủy yếm khó dưới đáy) làm chết cá và mùi xú uế thì lan tràn ra các khu dân cư.
Đến nay, hầu hết các hồ trong nội thành Hà Nội chỉ còn sót lại rất ít cá rô và sinh
vật nhỏ.Trên thực tế, những tác động này xảy ra ở khắp nơi, quy mô trên cả nước
10
và ngày càng hết sức nghiêm trọng.Ô nhiễm Nitơ trong nước thải cũng gây ảnh
hưởng đến nguồn nước cấp sinh hoạt. Theo đánh giá của các nhà khoa học Amoni
(NH
4
+
) thì hầu như không ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người, nhưng
trong quá trình khai thác, lưu trữ và xử lý Amoni sẽ chuyển thành Nitrit (NO
2
-

) và
Nitrat (NO
3
-
) là những chất có tính độc hại đối với con người. Nitrit là chất rất độc
hại đối vì nó có thể chuyển hóa thành Nitrosami, chất này có khả năng gây ung thư
ở người. Có nhiều nghiên cứu đã khẳng định rằng nitrit và nitrat rất độc với trẻ em vì
nguy cơ gây bệnh mất sắc tố máu Methaemoglobinaemia, đặc biệt là với những đứa
trẻ sơ sinh trong giai đoạn 6 tháng tuổi dễ mắc phải bện này do hàm lượng enzym
Methaemoglobinaemia reductase tương đối thấp – đây là một loại enzym tế bào
máu đỏ có khả năng chuyển hóa methemoglobin trở thành hemoglobin. Ngoài ra,
thức ăn có hàm lượng nitrit và nitrat cao cũng rất đáng lo ngại. Theo chuỗi thức ăn,
các hợp chất sẽ tồn tại trong cơ thể con người và đây là những hiểm họa tiềm ẩn
đối với sức khỏe con người.
Trong thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư thì chỉ tiêu trung bình các
hợp chất Nitơ được nêu ở bảng sau:
Bảng 4: Chỉ tiêu trung bình hợp chất Nitơ trong nước thải sinh hoạt
Chỉ tiêu Trung bình
Tổng Nitơ, mg/l 40
Nitơ hữu cơ, mg/l 15
Nitơ Amoni, mg/l 25
Nitơ Nitrit, mg/l 0,05
Nitơ Nitrat, mg/l 0,2
11
Việt Nam với tốc độ đô thị hóa nhanh cùng với sự phát triển của công
nghiệp. Tỉ lệ dân số tại các thành thị tăng cùng với tốc độ đô thị hóa. Nước thải từ
các thành phố, khu dân cư tập trung, khu công nghiệp cũng tăng theo mức tăng dân
số với lượng thải lớn vì vậy ô nhiễm Nitơ trong nước gây ra những ảnh hưởng trực
tiếp tới nguồn nước cũng như hệ sinh thái tiếp nhận và những ảnh hưởng gián tiếp
đến môi trường sống, sức khỏe con người. Do đó, vấn đề ô nhiễm nước thải sinh

hoạt nói chung và ô nhiễm Nitơ nói riêng cần được các nhà quản lí, các nhà khoa
học và mọi người dân chú trọng quan tâm nhiều hơn nữa.
1.3. Tổng quan về công nghệ xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt
1.3.1. Các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt
Các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải có thể chia thành:
+ Phương pháp vật lí: lọc, làm thoáng, kết tủa bằng điện cực, thẩm thấu
ngược… các phương pháp này cho hiệu suất không được cao.
+ Phương pháp hóa lý: sục khí đuổi ammoniac trong môi trường kiềm, xử lý
Nitơ tồn tại dưới dạng NH
4
+
…
+ Phương pháp hóa học: oxi hoa bằng các chất oxi hóa gốc clo, đông tụ hóa
học, trao đổi ion chọn lọc với NO
3
-
…
+ Phương pháp sinh học: sử dụng các vi sinh vật có sẵn trong nước thải
hoặc bổ sung thêm các chủng, giống vi sinh vật để nâng cao hiệu suất xử lý
nước thải. Các phương pháp sinh học có thể được duy trì trong các điều kiện
yếm khí (không có oxy), thiếu khí và hiếu khí (bổ sung thêm oxy từ ngoài vào).
12
1.3.2. Công nghệ xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt phân tán bằng tổ hợp thiếu
khí – hiếu khí.
Việc lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp thường được căn cứ trên đặc điểm của
các loại tạp chất có trong nước thải. Các phương pháp chính thường được sử dụng
trong các công trình xử lý nước thải sinh hoạt là: phương pháp hóa học, phương
pháp hóa lý, và phương pháp sinh học.Các phương pháp hóa học dùng trong hệ
thống xử lý nước thải sinh hoạt gồm có: trung hòa, oxy hóa khử, tạo kết tủa hoặc
phản ứng phân hủy các hợp chất độc hại. Cơ sở của phương pháp này là các phản

ứng hóa học diễn ra giữa chất ô nhiễm và hóa chất thêm vào, Do đó, ưu điểm của
phương pháp là có hiệu quả xử lý cao, thường được sử dụng trong các hệ thống xử
lý nước khép kín. Tuy nhiên, phương pháp hóa học có nhược điểm là chi phí vận
hành cao, không thích hợp cho các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt với quy mô
lớn. Bản chất của phương pháp hoá lý trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt là
áp dụng các quá trình vật lý và hoá học để đưa vào nước thải chất phản ứng nào đó
để gây tác động với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá học, tạo thành các chất khác
dưới dạng cặn hoặc chất hoà tan nhưng không độc hại hoặc gây ô nhiễm môi
trường. Những phương pháp hoá lý thường được áp dụng để xử lý nước thải là:
keo tụ, tuyển nổi, đông tụ, hấp phụ, trao đổi ion, thấm lọc ngược và siêu lọc… Giai
đoạn xử lý hoá lý có thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng với các phương
pháp cơ học, hoá học, sinh học trong công nghệ xử lý nước thải hoàn chỉnh. Bản
chất của phương pháp sinh học trong quá trình xử lý nước thải sinh hoạt là sử dụng
khả năng sống và hoạt động của các vi sinh vật có ích để phân huỷ các chất hữu cơ
và các thành phần ô nhiễm trong nước thải. Các quá trình xử lý sinh học chủ yếu
có năm nhóm chính: quá trình hiếu khí, quá trình trung gian anoxic, quá trình kị
khí, quá trình kết hợp hiếu khí – trung gian anoxic –kị khí các quá trình hồ. Căn cứ
đặc tính đầu vào và đầu ra của nước thải sinh hoạt mà hiện nay trên thế giới nói
13
chung và Việt Nam nói riêng công nghệ xử lý thường là sự kết hợp xử lý cơ học và
phương pháp xử lý sinh học và qua các bước sau:
- Tiền xử lý: Có nhiệm vụ loại bỏ ra khỏi nước thải tất cả các vật có thể gây tắc
nghẽn đường ống làm hư hại máy bơm
- Xử lý sơ bộ: Có nhiệm vụ lắng cát và tách dầu mỡ ra khỏi nước thải đồng thời
điều hòa lưu lượng và nồng độ nước thải.
- Xử lý sinh học: Mục đích quá trình xử lý sinh học và lợi dụng các hoạt động sống
và sinh sản của vi sinh vật để khử các hợp chất hữu cơ chứa cacbon, Nitơ, photpho
trong nước thải đây là bước xử lý quan trọng cho nước thải sinh hoạt quyết định
chất lượng nước đầu ra. Với hiệu suất xử lý khá cao 90-99% ít sử dụng hóa chất,
chi phí xử lý thấp hơn so với các phương pháp khác.

Xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt bằng phương pháp sinh học dựa trên hai quá
trình nối tiếp là nitrat hóa và khử nitrat.
Quá trình nitrat hóa: Sử dụng các vi sinh vật tự dưỡng. Vi sinh vật của quá
trình Nitrat hóa thuộc hai nhóm vi sinh vật: Nitrosomonas và Nitrobater. Cả hai
nhóm vi sinh vật mày đều có những yêu cầu khá đặc trưng đối với các điều kiện
môi trường như pH, nhiệt độ, oxy hòa tan (DO); và chúng có tốc độ tăng sinh khối
ở mức thấp hơn nhiều so với vi khuẩn dị dưỡng. Nitrosomonaschỉ có thể oxy hóa
NH
4
+
thành NO
2
-
, sau đóNitrobacter làm chức năng chuyển hóa NO
2
-
thành NO
3
-
.
14

Quá trình khử nitrat
Quá trình khử nitrat sử dụng oxy từ nitrat nên gọi là anoxic (thiếu khí). Là quá
trình tổng hợp của bốn phản ứng nối tiếp sau:
NO
3
-
"
NO

2
-
"
NO (k)
"
N
2
O (k)
"
N
2
(k)
Quá trình khử nitrat trên màng tế bào chất của vi khuẩn được minh họa như sau:
Khi kết hợp quá trình nitrat hóa và khử nitrat có các ưu điểm sau:
15
- Giảm thể tích khí cần cung cấp cho quá trình nitrate hóa;
- Không cần bổ sung nguồn carbon cho quá trình khử nitrat;
- Giảm công trình lắng cho riêng mỗi quá trình;
- Có khả năng khử 60-80% tổng lượng nitơ trong nước thải.
2. ĐỐI TƯỢNG, MỤC ĐÍCH VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng nghiên cứu
Nước thải sinh hoạt từ hộ gia đình (Nước thải làm thí nghiệm được lấy từ cống xả
khu vực Phường Giang Biên , Quận Long Biên, Hà Nội)
Thời gian: Từ ngày 3 tháng 9 năm 2014 đến ngày 5 tháng 10 năm 2014 .
2.2. Nội dung nghiên cứu
- Khảo sát tổng quan về nước thải sinh hoạt phân tán – Hộ gia đình.
- Xây dựng mô hình AO quy mô phòng thí nghiệm để xử lý nước thải sinh
hoạt.
- Nghiên cứu ảnh hưởng của N-anoni đầu vào, đầu ra và N tổng đầu vào, đầu ra
đến hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt phân tán bằng hệ thống AO.

- Nghiên cứu ảnh hưởng của dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý tổng Nitơ
trong nước thải sinh hoạt phân tán bằng hệ thống AO.
2.3. Phương pháp nghiên cứu: có 2 phương pháp
Phân tích một số các chỉ tiêu để đánh giá chất lượng nước: NH4
+
, Nitơ tổng,
photpho tổng
a) Phân tích amoni: Xác định bằng phương pháp Phenat (theo Standard Method
1995), so màu trên máy UV - 2450 (Shimazu, Nhật Bản) tại bước sóng 630 nm.
Lấy 25,0 ml mẫu cho vào bình định mức dung tích 50 ml. Thêm 1 ml dung dịch
chất chỉ thị phenol, 1ml dung dịch natri nitroprusit, 2,5ml dung dịch oxi hóa (trộn
lẫn đều dung dịch sau mỗi lần thêm thuốc thử). Thêm nước cất đến vạch mức và
trộn đều, để trong bong tối ở nhiệt độ phòng ít nhất 1 giờ, đo mật độ quang ở bước
sóng 640 nm với dung dịch mẫu trắng là dung dịch so sánh.
16
- Xác định tổng nitơ bằng máy TOC – N (Shimazu, Nhật Bản)
b) . Phương pháp thực nghiệm
+ Sơ đồ thí nghiệm
Hình 1. Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm
- Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm gồm 3 hệ thống chính
* Bể thiếu khí (1) * Bể hiếu khí
(2)
* Ngăn lắng
(3)
- Bể thiếu khí với thể
tích làm việc 5.0 lít
- Bể hiếu khí với thể
tích làm việc 9.0 lít có
bộ phận cấp khí liên
tục.

- Bể lắng với thể tích
làm việc 4.0 lít
- Nguyên lý hoạt động của thiết bị
Nước thải được chứa trong thùng chứa V=120 lít. Nước thải được cấp vào bể thiếu
khí bằng một bơm định lượng với lưu lượng Q = 1 lít/giờ, sau khi nước được cấp
đầy bể thiếu khí nước thải sẽ chảy tràn sang bể hiếu khí. Ở bể này dưới đáy bể có
bộ phận cấp khí liên tục làm tăng lượng oxy trong nước thải, kết hợp với bể hiếu
17
Chú thích: 1 Bể thiếu khí
2 Bể hiếu khí
3 Ngăn lắng
khí là bể lắng, nước thải sau khi qua bể lắng sẽ chảy tràn ra ngoài vào thiết bị chứa,
đồng thời tại bể lắng nước thải cũng được bơm tuần hoàn một phần trở lại bể thiếu
khí. Hàm lượng bùn trong bể lắng khi kết hợp với bể hiếu khí sẽ tự động lắng
ngược trở lại sang bể hiếu khí.
+ Điều kiện thí nghiệm: pH đầu vào: 7.0 - 8.
Nhiệt độ: 29 – 30
o
C
3.KẾT QUẢ
18
Hình: Mối quan hệ giữa tổng N , vào, ra và hiệu suất xử lý tổng N
NX: Kết quả đồ thị cho thấy hiệu suất xử lý T-N thay đổi một cách rõ rệt, ở chế độ
1, đầu ra ở bể thiếu khí là 3-5 mg/l, đầu ra ở bể hiếu khí 1-3 mg/l, hiệu suất xử lý
T-N, TK là 69 -75%, hiệu suất xử lý T-N, HK là 40-60%
Ở chế độ 2, hiệu suất xử lý đạt hiệu quả tương đối cao tăng hơn so với chế độ 1.
Ở chế độ 3, hiệu suất xử lý TK là 50-65%, HK là 69-89% và hiệu suất xử lí tổng N
là 89-92%. Ở chế độ 4, khi lượng N tăng thì hiệu suất xử lí giảm hơn hẳn so với
các chế độ trước.
19

Q=1,5l/h
Q= 0,75l/h
Hình: Mối quan hệ giữa NH
4
+
, vào, ra và hiệu suất xử lý NH
4
+
NX: Kết quả đồ thị cho thấy hiệu suất xử lý NH
4
+
thay đổi một cách rõ rệt, ở chế
độ 1, đầu ra ở bể thiếu khí là 1-4 mg/l, đầu ra ở bể hiếu khí khoảng 0,2mg/l, hiệu
suất xử lý NH
4
+
, TK là 81-99%.
Ở chế độ 2 và 3 hiệu suất xử lý tổng NH
4
+
đạt hiệu quả thấp hơn so với chế độ 1
khoảng 10- 15%.Ở chế độ 4, hiệu suất xử lý tổng NH
4
+
giảm đáng kể chỉ còn
khoảng 62-80%.
20
Q=
0,75l/h
Kết quả phân tích Amoni.

Ngày lấy
mẫu
NH
4
+
Đầu
vào
mg/l
Đầu ra
bể TK
mg/l
Đầu ra
bể HK
mg/l
Hiệu suất
sau xử lý
bể TK %
Hiệu
suất
sau xử
lý
Hiệu suất
xử lý N
toàn hệ %
Chế độ 1: Q
vào
= 0,75 lít/giờ
03-09-14 5 0 0 100 100 100
04-09-14 5 0 0 100 100 100
05-09-14 6 0 0 100 100 100

06-09-14 8 1.277 0 84.037 100 100
07-09-14 7 1.1 0 84.285 100 100
Chế độ 2: Q
vào
= 1 lít/giờ
08-09-14 10 2.8 0.8 72 71.428 92
09-93-14 7.4 2.1 0.5 71.621 76.19 93.243
10-09-14 12 3.24 0.81 73 75 93.25
11-09-14 3 0.9 0.22 70 75.555 92.666
12-09-14 4.753 1.4 0.4 70.544 71 91.584
13-09-14 4.303 1.2 0.2 72.112 83 95.352
14-09-14 30 8.216 2.3 72.613 72.005 92.333
15-09-14 28.732 7.16 1.6 75.08 77.653 4.431
16-09-14 25 11 1,32 56 88 94.72
17-09-14 17.254 9.7 2,664 43.781 72.536 84.56
Chế độ 3: Q
vào
= 1,25 lít/giờ
18-09-14 20 7.2 1.3 64 93.53 93.53
19-09-14 21.3 5.7 1.32 73.239 93.802 93.802
20-09-14 32 12.3 1 61.562 96.875 96.875
21-09-14 30 12.63 1.26 57.9 95.8 95.8
22-09-14 25.3 11.05 1.122 56.324 95.565 95.565
Chế độ 4: Q
vào
= 1,5 lít/giờ
23-09-14 54 30.1 15.2 44.259 49.501 71.851
24-09-14 42.21 21.915 10.553 48.081 51.845 75
25-09-14 40 17.25 8.28 56.875 52 79.3
26-09-14 32 15.912 6.72 50.275 57.767 79

27-09-14 37.3 25.268 12.867 32.257 49.077 65.504
28-09-14 35 23.78 11.07 32.057 53.448 68.371
Chế độ 5: Q
vào
= 1,5 lít/giờ, Q
tuần hoàn
= 1,5 lít/giờ, n=1
29-09-14 16,84 14,03 1,38 16,68 90,16 91,81
30-09-14 22,75 15,97 1,98 29,81 87,61 91,29
02-10-14 24,52 10,07 2,43 58,93 75,87 90,09
Chế độ 6: Q
vào
= 1,5 lít/giờ, Q
tuần hoàn
= 3 lít/giờ, n=2
03-10-14 18,79 11,65 2,01 37,99 82,75 89,91
04-10-14 15,87 11,38 1,21 28,29 89,37 92,38
05-10-14 18,77 14,47 1,59 22,91 89,02 91,53
Kết quả phân tích tổng Nitơ
Ngày lấy
mẫu
T-N
Đầu
vào
mg/l
Đàu ra
bể TK
mg/l
Đầu ra
bể HK

mg/l
Hiệu suất
sau xử lý
bể TK %
Hiệu
suất
sau xử
lý
Hiệu suất
xử lý N
toàn hệ %
Chế độ 1: Q
vào
= 0,75 lít/giờ
03-09-14 7 2.1 1.002 70 52.285 85.686
04-09-14 8.21 2.38 0.98 71 58.823 88.063
05-09-14 7.92 1.9 1.108 76 41.684 86
06-09-14 8.32 2.18 1.23 73.798 43.577 85.216
07-09-14 13 3.9 1.95 70 50 85
Chế độ 2: Q
vào
= 1 lít/giờ
08-09-14 12.86 6,301 2.25 51 64.291 82.5
09-93-14 3.25 1.78 0,553 45 68.932 83
10-09-14 6 3.06 1.08 49 64.705 82
11-09-14 5.5 2.475 0.935 55 62.222 83
12-09-14 34 14.28 3.2 58 77.591 90.588
13-09-14 32 13,12 2.88 59 78.05 91
14-09-14 32.7 19.52 5.509 40.305 71.777 83.152
15-09-14 23.4 10.59 2.9 54.743 71.869 87.269

16-09-14 23.1 9.24 2.1 60 77.273 90.909
17-09-14 26.3 12,5 2.04 52.471 83.68 92,24
Chế độ 3: Q
vào
= 1,25 lít/giờ
18-09-14 26 11.4 3.07 56.153 73.07 88.192
19-09-14 38,02 16,008 3,041 57.895 81.003 92
20-09-14 35.96 15.58 3.09 56.67 80.166 91.407
21-09-14 30 13.4 3.02 55.333 77.46 89.93
22-09-14 57.3 17.19 5.73 65 66.666 91
Chế độ 4: Q
vào
= 1,5 lít/giờ
23-09-14 57.892 35 12.06 39.542 65.542 79.168
24-09-14 47.5 23 11,875 51.578 48.369 75
25-09-14 42 20.113 9,967 52.111 50.444 76.269
26-09-14 35 16.926 7.5 51.64 55.689 78.571
27-09-14 23 13.23 6.03 42.478 54.421 73.782
28-09-14 37.12 25,1233 11.982 32.319 52.306 67.72
Chế độ 5: Q
vào
= 1,5 lít/giờ, Q
tuần hoàn
= 1,5 lít/giờ, n=1
29-09-14 17,75 15,03 1,52 26,04 75,831 86,22
30-09-14 24,13 18,29 2,91 24,202 79,778 86,222
02-10-14 26,13 17,34 2,94 33,601 78,158 88,749
Chế độ 6: Q
vào
= 1,5 lít/giờ, Q

tuần hoàn
= 3 lít/giờ, n=2
03-10-14 21,34 17,98 3,23 15,745 76,829 84,864
04-10-14 16,58 12,02 1,31 27,443 76,376 92,099
05-10-14 20,56 14,92 1,97 27,432 81,606 90,418

PHẦN IV
KẾT LUẬN
 Xử lý Nitơ và Amoni trong thải sinh hoạt phân tán bằng phương pháp
sinh học thiếu khí – hiếu khí cho hiệu suất xử lý cao.
 Hiệu suất xử lý N-NH
4
+
ở các chế độ thời gian lưu nghiên cứu hầu
như đạt trên 85%, khi có dòng tuần hoàn thì hiệu suất xử lý tăng lên.
 Hiệu suất xử lý T-N đạt 65 – 90% và bị giảm dần khi tăng lưu lượng
nước thải.