ngăn chặn sự ô nhiễm bằng than hoạt tính

i
Lời cám ơn
Trước khi đi vào nội dung luận văn em xin chân thành cảm ơn đến:
Thầy Nguyễn Phước Dân đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong suốt quá
trình thực hiện để hoàn thành luận văn này.
Cô Nguyễn Thị Thanh Phượng đã tận tình chỉ bảo em trong suốt quá trình vận
hành mô hình thí nghiệm.
Cùng toàn thể thầy cô khoa môi trường đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, truyền
đạt nguồn kiến thức và những kinh nghiệm quý báu cho em trong suốt thời gian học
tập tại trường.
Xin cảm ơn đến tất cả bạn bè, những người đã giúp đỡ tôi trong suốt thời gian
học tập cũng như thực hiện tốt luận văn tốt nghiệp.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bố mẹ em đã tạo điều
kiện cho em hoàn thành tốt luận văn tốt này.
Mặc dù đã nỗ lực hết mình, nhưng do khả năng, kiến thức và thời gian có hạn
nên không thể tránh được những sai sót trong lúc thực hiện luận văn này, em kính
mong quý thầy cô chỉ dẫn, giúp đỡ em để ngày càng hoàn thiện hơn vốn kiến của
mình và có thể tự tin bước vào cuộc sống với vốn kiến thức có được.

ii
Lời mở đầu
Môi trường là một trong những vấn đề mà hiện nay hầu hết ai cũng quan tâm,
vấn đề không những tự nó phát sinh mà nguyên nhân chính là do nhu cầu cuộc sống
của con người gây ra.
Trong nhiều thập niên qua tình trạng ô nhiễm môi trường ngày càng trở nên
nghiêm trọng, đó là sự phát thải bừa bãi các chất ô nhiễm vào môi trường mà không
được xử lý, gây nên hậu quả nghiêm trọng tác hại đến đời sống toàn cầu.
Việt Nam chúng ta đã và đang chú trọng đến việc cải tạo môi trường và ngăn
ngừa ô nhiễm. Tại Thành phố Hồ Chí Minh, tình trạng ô nhiễm môi trường khá
nghiêm trọng, hầu hết các con kênh rạch trong Thành phố đều ô nhiễm nặng nề,

những làn khói bụi thoát ra từ các nhà máy, xe cộ đã gây ảnh hưởng không nhỏ đến
sức khỏe của người dân. Vấn đề cấp bách đặt ra cho cấp lãnh đạo thành phố hiện nay
là cần ngăn chặn các nguồn ô nhiễm và tái tạo lại môi trường thành phố.
Tuy nhiên, để ngăn chặn sự ô nhiễm trước tiên phải xử lý các nguồn gây ô
nhiễm thải vào môi trường, có nghĩa là các nhà máy, xí nghiệp, các khu thương mại
trong quá trình hoạt động và sản xuất phát sinh chất thải phải được xử lý triệt để.
Muốn vậy, cần phải ngăn ngừa, giảm thiểu và xử lý triệt để các loại chất thải phát sinh
là điều tất yếu phải làm đối với mỗi chúng ta.

iii
Mục lục
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU 1
1.1. GIỚI THIỆU 1
1.2. MỤC ĐÍCH 1
1.3. PHẠM VI ĐỀ TÀI 1
1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN 3
2.1. GIỚI THIỆU VỀ BÙN HOẠT TÍNH 3
2.1.1. Lịch sử phát triển của quá trình bùn hoạt tính 3
2.1.2. Quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính 3
2.1.3. Sự tăng trưởng sinh khối 4
2.1.4. Tính chất tạo bông bùn hoạt tính 10
2.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH 12
2.2.1. Ảnh hưởng của pH 12
2.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ 13
2.2.3. Ảnh hưởng của kim loại nặng 14
2.2.4. Ảnh hưởng của các chất dầu mỡ trong nước thải 15
2.2.5. Ảnh hưởng của các chất hoạt động bề mặt 15
2.2.6. Sự lên men của nước thải 15
2.2.7. Nhu cầu oxy 16

2.2.8. Lượng dinh dưỡng 16
2.2.9. Tỉ số F/M (Tỉ số thức ăn trên sinh khối) 19
2.2.10. Lượng bùn tuần hoàn 19
2.2.11. Thời gian lưu bùn 19
2.3. NGUYÊN NHÂN VÀ HẬU QUẢ CỦA NHỮNG VẤN ĐỀ THƯỜNG GẶP
KHI VẬN HÀNH BÙN HOẠT TÍNH 20
2.3.1. Bùn phát triển phân tán (Dispersed growth) 20
2.3.2. Bùn không kết dính được (Pinpoint flocs) 21
2.3.3. Bùn tạo khối do vi khuẩn dạng sợi (Filamentous bulking) 21
2.3.4. Bùn tạo khối nhớt (vicous bulking) hay là sự phát triển của Zoogloeal
(Zoogloeal growth) 24
2.3.5. Bùn nổi (Rising sludge) 26
2.3.6. Bọt váng (Foam/Scum) 27
a. Bọt 29
b. Váng 30
2.4. LỊCH SỬ VÀ SỰ PHÁT TRIỂN CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP KIỂM SOÁT
QUÁ TRÌNH BÙN TẠO KHỐI VÀ TẠO BỌT 31
2.4.1. Bùn tạo khối 31
2.4.2. Bọt váng 36
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 39
3.1. NỘI DUNG THỰC HIỆN 39
3.2. THÍ NGHIỆM 1: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐẾN TÍNH
CHẤT LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI THUỘC DA 39
3.3. THÍ NGHIỆM 2: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA TẢI TRỌNG ĐẾN TÍNH
CHẤT LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN
THỰC PHẨM MAURINE – LA NGÀ 42

iv
3.4. THÍ NGHIỆM 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA pH ĐẾN TÍNH CHẤT
LẮNG CỦA BÙN HOẠT TÍNH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN MEN THỰC

PHẨM MAURINE – LA NGÀ 44
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 47
4.1. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THAY ĐỔI TẢI TRỌNG ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI
THUỘC DA 47
4.2. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THAY ĐỔI TẢI TRỌNG ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI
CHẾ BIẾN MEN THỰC PHẨM 58
4.3. KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM THAY ĐỔI pH ĐỐI VỚI NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN
MEN THỰC PHẨM 69
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81
5.1. KẾT KUẬN 81
5.2. KIẾN NGHỊ 81


v
Danh sách các bảng
Bảng 2.1 Các đặc tính trong quá trình sinh trưởng của vi sinh vật 9
Bảng 2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình bùn hoạt tính 13
Bảng 2.3 Các chất dinh dưỡng cần thiết cho hoạt động sống của tế bào vi khuẩn 16
Bảng 2.4 Phần trăm thành phần của các nguyên tố chính trong tế bào vi khuẩn tính
trên trọng lượng khô 16
Bảng 2.5 Giá trị dinh dưỡng cần thiết để khử BOD (g/kg BOD) 17
Bảng 2.6 Thời gian lưu bùn tiêu biểu cho quá trình bùn hoạt tính 18
Bảng 2.7 Các loài vi khuẩn dạng sợi thường gặp gây ra hiện tượng bùn tạo khối 21
Bảng 2.8 Các yếu tố ảnh hưởng đến bùn khối nhớt 23
Bảng 2.9 Các dấu hiệu nhận biết có quá trình khử nitrat 24
Bảng 2.10 Các dạng vi khuẩn gây bọt váng thường gặp 25
Bảng 2.11 Ảnh hưởng của sự thay đổi về sinh học, hóa học và lý học đến sự hình
thành bọt/váng 26
Bảng 2.12 Những dạng bọt chính trong bùn hoạt tính 27
Bảng 2.13 Kiểm soát bọt do thiếu dinh dưỡng 33

Bảng 2.14 Kiểm soát bọt do chất béo, dầu mỡ 35
Bảng 3.1 Các thông số đầu vào của nước thải thuộc da 36
Bảng 3.2 Các điều kiện vận hành của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải
thuộc da 36
Bảng 3.3 Số lần pha loãng theo từng tải trọng 37
Bảng 3.4 Thể tích dung dịch KH2PO4 cần châm vào các mô hình 38
Bảng 3.5 Các thông số đầu vào của nước thải chế biến men thực phẩm 38
Bảng 3.6 Các điều kiện vận hành của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải
chế biến men thực phẩm 39

vi
Bảng 3.7 Số gam mật rỉ đường tương ứng với từng tải trọng 39
Bảng 3.8 Thể tích dung dịch dinh dưỡng ứng với mỗi tải trọng 40
Bảng 3.9 Các điều kiện vận hành của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế
biến men thực phẩm 41
Bảng 3.10 Các phương pháp phân tích các chỉ tiêu 42
Bảng 4.1 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da 44
Bảng 4.2 COD đầu vào và COD đầu ra trung bình sau khi ổn định của thí nghiệm thay
đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da 45
Bảng 4.3 Biến thiên clorua của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc
da 47
Bảng 4.4 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da48
Bảng 4.5 Biến thiên chỉ số SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải
thuộc da 49
Bảng 4.6 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc
da 51
Bảng 4.7 Kết quả trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước
thải thuộc da 52
Bảng 4.8 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến men
thực phẩm 54

Bảng 4.9 COD đầu vào, COD đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải
trọng đối với nước thải chế biến men thực phẩm 55
Bảng 4.10 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến
men thực phẩm 57
Bảng 4.11 Biến thiên chỉ số SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải
chế biến men thực phẩm 59
Bảng 4.12 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế
biến men thực phẩm 60

vii
Bảng 4.13 Kết quả trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước
thải chế biến men thực phẩm 61
Bảng 4.14 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH (pH = 4 – 11) đối với nước thải
chế biến men thực phẩm 64
Bảng 4.15 COD đầu ra của mô hình pH = 12 64
Bảng 4.16 COD đầu vào và COD đầu ra trung bình ổn định của nước thải chế biến
men thực phẩm 65
Bảng 4.17 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến men
thực phẩm 66
Bảng 4.18 Độ đục đầu ra của mô hình pH = 12 67
Bảng 4.19 SVI đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến thực
phẩm 68
Bảng 4.20 SVI đầu ra của mô hình pH = 12 68
Bảng 4.21 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến
thực phẩm 69
Bảng 4.22 Biến thiên MLSS của mô hình pH = 12 đối với nước thải chế biến men
thực phẩm 69
Bảng 4.23 Biến thiên pH đầu ra của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến
men thực phẩm 71
Bảng 4.24 Kết quả trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải

chế biến thực phẩm 72


viii
Danh sách các hình
Hình 2.1 Trùng biến hình (amoebae) 5
Hình 2.2 Trùng roi (flagellate) 5
Hình 2.3 Trùng tiên mao bơi (free – swimming ciliate) 6
Hình 2.4 Trùng tiên mao bò (crawling ciliated protozoa) 7
Hình 2.5 Trùng tiên mao có cuống (stalk ciliated protozoa) 8
Hình 2.6 Giun tròn sống tự do (free – living nematode) 8
Hình 2.7 Trùng bánh xe (rotifer) 9
Hình 2.8 Bùn ở giai đoạn hô hấp nội bào 9
Hình 2.9 Bùn hoạt tính kết bông tốt 11
Hình 2.10 Bùn liên kết yếu 12
Hình 2.11 Bùn tạo khối do vi khuẩn dạng sợi 21
Hình 2.12 Hình minh họa bùn dạng bọt váng Nocardia 26
Hình 4.1 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da 44
Hình 4.2 COD đầu vào, COD đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải
trọng đối với nước thải thuộc da 46
Hình 4.3 Hiệu quả xử lý COD của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải
thuộc da 46
Hình 4.4 Clorua đầu ra cúa thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da47
Hình 4.5 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da48
Hình 4.6 Biến thiên SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc da
50
Hình 4.7 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải thuộc
da 51
Hình 4.8 COD đầu ra và clorua đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải
trọng đối với nước thải thuộc da 52

ix
Hình 4.9 Độ đục và SVI đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng
đối với nước thải thuộc da 53
Hình 4.10 MLSS trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước
thải thuộc da 53
Hình 4.11 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng (0.3; 0,5; 1,0; 1,5 kg
COD/m3.ngày) đối với nước thải chế biến men thực phẩm 55
Hình 4.12 COD đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng (2,0; 4,0; 6,0 kg
COD/m3.ngày) đối với nước thải chế biến men thực phẩm 55
Hình 4.13 COD vào, COD ra trung bình của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với
nước thải chế biến men thực phẩm 56
Hình 4.14 Hiệu quả xử lý COD của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế
biến men thực phẩm 57
Hình 4.15 Độ đục đầu ra của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế biến
men thực phẩm 58
Hình 4.16 Biến thiên chỉ số SVI của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải
chế biến men thực phẩm 59
Hình 4.17 Biến thiên MLSS của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với nước thải chế
biến men thực phẩm 60
Hình 4.18 COD đầu ra và độ đục đầu ra trung bình của thí nghiệm thay đổi tải trọng
đối với nước thải chế biến men thực phẩm 62
Hình 4.19 SVI và MLSS trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi tải trọng đối với
nước thải chế biến men thực phẩm 63
Hình 4.20 COD đầu ra khi pH đầu vào thay đổi từ 4 – 11 64
Hình 4.21 COD đầu ra của mô hình pH = 12 65
Hình 4.22 Hiệu quả xử lý COD của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế biến
men thực phẩm 66
Hình 4.23 Độ đục đầu ra khi pH đầu vào thay đổi từ 4 – 11 67

x
Hình 4.24 Độ đục đầu ra của mô hình pH = 12 67
Hình 4.25 Biến thiên SVI khi pH đầu vào thay đổi từ 4 – 11 68
Hình 4.26 SVI của mô hình pH = 12 69
Hình 4.27 Biến thiên MLSS khi pH đầu vào thay đổi 70
Hình 4.28 MLSS của mô hình pH = 12 70
Hình 4.29 pH đầu ra khi pH đầu vào thay đổi 71
Hình 4.30 SVI trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi pH đối với nước thải chế
biến men thực phẩm 72
Hình 4.31 MLSS và COD đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi pH đối
với nước thải chế biến men thực phẩm 73
Hình 4.32 COD đầu ra và độ đục đầu ra trung bình ổn định của thí nghiệm thay đổi
pH đối với nước thải chế biến thực phẩm 73
Hình 4.33 pH đầu ra trung bình ổn định khi pH đầu vào thay đổi 74

xi
Danh sách các từ viết tắt
BOD (Biochemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy sinh hoá.
COD (Chemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy hoá học.
DO (Dissolved Oxygen): Nồng độ oxy hoà tan.
SS (Suspended Solid): Chất rắn lơ lửng.
MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids): Chất rắn lơ lửng trong bùn lỏng.
MLVSS (Mix Liquid Volatile Suspended Solids): Chất rắn lơ lửng bay hơi trong bùn
lỏng.
SVI (Sludge Volume Index): Chỉ số thể tích bùn.
SRT (Solid Retention Time): Thời gian lưu bùn.
F/M (Food – Microorganism ratio): Tỉ lệ thức ăn cho vi sinh vật.
TN: Hàm lượng Nitơ tổng.
TP: Hàm lượng Photpho tổng.
TSS: Tổng chất rắn lơ lửng.

TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam.
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU
1
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU
1.1. GIỚI THIỆU
- Hiện nay, có rất nhiều phương pháp được dùng để xử lý nước thải, bao gồm:
cơ học, hóa lý, sinh học,…Trong đó, phương pháp sinh học đang được coi như là
phương pháp hữu hiệu trong lĩnh vực xử lý nước thải vì những ưu điểm của nó như:
đơn giản, rẻ tiền, hiệu quả cao hơn các biện pháp cơ học, hóa lý,…Quá trình công
nghệ này hoạt động dựa trên sự hoạt động của hệ vi sinh vật. Vì vậy, để có thể áp
dụng hiệu quả phương pháp xử lý này, điều kiện tiên quyết là phải có một quần thể vi
sinh vật tốt hay nói theo từ chuyên môn là bùn hoạt tính để phân hủy chất ô nhiễm.
- Tuy nhiên, không phải lúc nào bùn cũng có hoạt tính mạnh để xử lý nước
thải. Trái lại, các kỹ sư vận hành phải thường xuyên đối mặt với vô số những rắc rối
phát sinh khi vận hành bùn hoạt tính. Một trong những rắc rối thường gặp đó là việc
suy giảm hay mất đi quần thể vi sinh vật hay còn gọi là hiện tượng bùn tạo khối. Có
nhiều nguyên nhân gây ra hiện tượng nói trên trong đó các yếu tố vận hành như pH,
tải trọng,… có ảnh hưởng khá quan trọng. Vì vậy, đề tài “Đánh giá ảnh hưởng của
pH và tải trọng đến tính chất lắng của bùn hoạt tính” được đề ra để nghiên cứu,
theo dõi với mong muốn sẽ làm tăng hiệu quả vận hành để nâng cao hiệu suất xử lý
của hệ thống xử lý sinh học.
1.2. MỤC ĐÍCH
Nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số vận hành bao gồm pH và tải trọng đến
tính chất lắng của bùn hoạt tính.
1.3. PHẠM VI ĐỀ TÀI
- Nghiên cứu được tiến hành trên các mô hình phòng thí nghiệm, là những mô
hình hoạt động theo từng mẻ có thể tích 2 lít. Mô hình được vận hành trong vòng 3
tháng, bao gồm 3 thí nghiệm như sau:
Thí nghiệm 1: Đánh giá ảnh hưởng của tải trọng đến tính chất lắng của bùn
hoạt tính đối với nước thải thuộc da của công ty Đặng Tư Ký thuộc Khu Công Nghiệp

Lê Minh Xuân.
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU
2
Thí nghiệm 2: Đánh giá ảnh hưởng của tải trọng đến tính chất lắng của bùn
hoạt tính đối với nước thải chế biến thực phẩm Maurine – La Ngà.
Thí nghiệm 3: Đánh giá ảnh hưởng của pH đến tính chất lắng của bùn hoạt tính
đối với nước thải chế biến men thực phẩm Maurine – La Ngà.
- Các thông số ảnh hưởng đến nghiên cứu bao gồm: pH và tải trọng.
1.4. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Bao gồm:
- Tổng quan về bùn hoạt tính và một số hiện tượng liên quan đến bùn hoạt tính
như bùn phát triển phân tán, bùn nổi, bùn tạo khối,…và các phương pháp để kiểm soát
các hiện tượng bùn tạo khối, tạo bọt.
- Xây dựng mô hình phòng thí nghiệm.
- Tiến hành các thí nghiệm:
 Thí nghiệm 1: thay đổi tải trọng từ 0,3 – 0,5 – 1,0 – 1,5 – 2,0
kgCOD/m
3
.ngày đối với nước thải thuộc da.
 Thí nghiệm 2: thay đổi tải trọng từ 0,3 – 0,5 – 1,0 – 1,5 – 2,0 – 4,0 – 6,0
kgCOD/m
3
.ngày đối với nước thải chế biến men thực phẩm Maurine –
La Ngà.
 Thí nghiệm 3: thay đổi pH như sau: 4, 6.5 – 7.5, 8.5, 11, 12 đối với nước
thải chế biến men thực phẩm Maurine – La Ngà.
- Xử lý và thảo luận kết quả thu được.
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
3
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN

2.1. GIỚI THIỆU VỀ BÙN HOẠT TÍNH
2.1.1. Lịch sử phát triển của quá trình bùn hoạt tính
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí - bùn hoạt tính ngày nay
đã trở nên rất phổ biến và quen thuộc. Tổ tiên của phương pháp này là tiến sĩ Angus
Smith. Vào cuối thế kỉ trước, ông đã nghiên cứu việc làm thoáng khí tạo điều kiện oxy
hoá chất hữu cơ làm giảm ô nhiễm trong nước thải. Và từ đó, có rất nhiều nghiên cứu
về vấn đề này. Năm 1910, Black và Phelps thấy rằng có thể làm giảm ô nhiễm nước
thải đáng kể bằng cách sục khí. Nhiều thí nghiệm tiếp theo đã đưa đến thí nghiệm
Lowrence trong suốt năm 1912, 1913 của Clark và Gage. Hai ông thấy rằng nước thải
được làm thoáng, cùng với việc nuôi cấy vi sinh trong các bình, các hồ được che một
phần bằng các máng che cách nhau 25mm sẽ tăng khả năng làm sạch nước. Dựa vào
kết quả của công trình nghiên cứu này, Tiến sĩ G.J. Flower đại học Manchester, Anh
thực hiện một số thí nghiệm tương tự và cuối cùng đã đưa đến công trình của Arden
và Lockett tại viện nghiên cứu nước thải Manchester. Trong suốt quá trình thí nghiệm
của mình, hai ông phát hiện rằng, bùn đóng vai trò quan trọng trong việc xử lý nước
thải bằng cách sục khí. Công trình nghiên cứu này được tuyên bố vào ngày 3/5/1914.
Arden và Lockett đặt tên cho quá trình này là quá trình bùn hoạt tính.
2.1.2. Quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính
Bùn hoạt tính là một tập hợp gồm nhiều vi sinh vật và các hạt có kích thước
khác nhau. Các hạt có thể là các vi khuẩn 0.5 - 5µm hoặc là các bông bùn lớn từ 1mm
trở lên. Bùn hoạt tính là có nhiệm vụ làm giảm nồng độ chất hữu cơ (C và năng lượng)
và vô cơ đến mức thấp nhất có thể. Do vậy mà quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính
phải sống trong môi trường cạnh tranh gay gắt. Chỉ có quần thể sinh vật nào có khả
năng thích nghi tốt mới có thể sống sót. Tuy nhiên loài chiếm ưu thế trong quần thể vi
sinh vật thường thay đổi do các yếu tố ảnh hưởng không phải lúc nào cũng giống
nhau. Nhưng dù là loài nào đi chăng nữa thì cũng phản ảnh đầy đủ đặc điểm của hệ
thống bùn hoạt tính đó.
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
4
Quần thể chủ yếu của bùn hoạt tính là các vi khuẩn dị dưỡng (ăn các chất vô

cơ) như Pseudomonas, Achromobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Flavobacterium,
Citromonas, Zooglea. Ngoài ra còn có một số vi sinh vật khác như nấm, protozoa
(động vật nguyên sinh) và metazoa (động vật đa bào). Trong bùn hoạt tính cũng có
các hạt vô cơ và hữu cơ (từ nước thải), các polymer ngoại bào (để tăng cường quá
trình kết bông) và các hạt dễ bay hơi. Tuy nhiên các vi sinh vật trong bùn hoạt tính
được chia làm 2 nhóm chính:
- Nhóm phân huỷ: chịu trách nhiệm phân huỷ các chất ô nhiễm trong nước thải.
Đại diện cho nhóm này gồm có vi khuẩn, nấm, cynaphyta không màu. Một số động
vật nguyên sinh cũng có khả năng phân huỷ chất hữu cơ tan nhưng các chất này phải ở
nồng độ cao. Ngược lại chúng sẽ không làm tốt công việc này như vi khuẩn.
- Nhóm tiêu thụ: có nhiệm vụ tiêu thụ các vi khuẩn và các tế bào vi khuẩn,
thường được gọi chung là chất nền. Nhóm này chủ yếu là microfauna (động vật hiển
vi) gồm động vật nguyên sinh và động vật đa bào.
Khoảng 95% loài trong bùn hoạt tính làm chức năng phân huỷ (trong đó chủ
yếu là vi khuẩn). Qua đó ta thấy vai trò loại bỏ chất bẩn của động vật hiển vi không
đáng kể.
2.1.3. Sự tăng trưởng sinh khối
Vi sinh vật có thể sinh trưởng thêm nhiều nhờ sinh sản phân đôi, sinh sản giới
tính, nhưng chủ yếu chúng phát triển bằng cách phân đôi. Thời gian cần để phân đôi tế
bào thường gọi là thời gian sinh sản, có thể dao động từ dưới 20 phút đến hằng ngày.
Các giai đoạn sinh trưởng của vi khuẩn:
1- Giai đoạn tiềm tàng hay thích nghi (giai đoạn sinh trưởng chậm - Lag
phase): là giai đoạn vi khuẩn cần thời gian để thích nghi với môi trường dinh dưỡng.
Ở giai đoạn này, nồng độ BOD trong nước thải cao, nồng độ oxy hoà tan thấp. Nhóm
protozoa có thể sống trong điều kiện này là trùng biến hình (amoebae) và trùng roi
(flagellates). Trùng tiên mao (ciliated protozoa), trùng bánh xe (rotifers), giun tròn
sống tự do (free-living nematodes) cũng xuất hiện ở giai đoạn này nhưng số lượng ít
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
5
và khả năng hoạt động không hiệu quả. Vì vậy, hiệu quả xử lý BOD trong suốt pha

lag không cao, nước thải bị đục.

Hình 2.1 Trùng biến hình (amoebae)

Hình 2.2 Trùng roi (flagellate)
2- Giai đoạn tăng sinh khối theo số mũ (Log phase): Ở pha log vi khuẩn sản
xuất ra nhiều enzym cần thiết để làm giảm BOD và tổng hợp tế bào cần thiết cho quá
trình sinh trưởng. Có thể chia pha log thành hai giai đoạn nhỏ.
- Trong nửa giai đoạn đầu, tế bào vi khuẩn hấp thụ BOD và hàm lượng bay hơi
của MLSS tăng. Lúc này vi khuẩn chưa sinh trưởng nhiều.
- Trong nửa giai đoạn còn lại, quá trình tổng hợp và sinh trưởng xảy ra. Vi
khuẩn sử dụng cBOD đã hấp thụ được để sản sinh ra tế bào mới, số lượng vi khuẩn
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
6
lúc này tăng nhanh theo cấp số mũ. Hiệu quả xử lý BOD lúc này rất cao. Nồng độ ô
nhiễm trong nước thải giảm và nồng độ oxy hòa tan tăng.
Số lượng trùng tiên mao bơi (free-swimming ciliates) tăng nhanh trong suốt
pha log và là động vật nguyên sinh đặc trưng ở pha này, thời gian sinh trưởng của
trùng tiên mao bơi khoảng 24 giờ. Trong khi đó, trùng biến hình (amoebae) và trùng
roi (flagellates) không thể cạnh tranh thức ăn với trùng tiên mao nên trong giai đoạn
này số lượng trùng biến hình và trùng roi giảm. Sự xuất hiện của một lượng lớn trùng
tiên mao bơi làm tăng hiệu quả xử lý, chất lượng nước thải đầu ra được cải thiện đáng
kể: nồng độ BOD, nồng độ TSS và độ đục giảm. Ngoài ra, trùng tiên mao bò, trùng
tiên mao có cuống, trùng bánh xe, và giun tròn sống tự do cũng xuất hiện nhưng số
lượng rất ít.

Hình 2.3 Trùng tiên mao bơi (free – swimming ciliate)
3- Giai đoạn tăng trưởng chậm dần (Declining log phase): Đây là giai đoạn
quan trọng nhất đối với sự phát triển của vi sinh vật cũng như sự hình thành bông bùn.
Trong giai đoạn này, có 2 điều kiện quan trọng để hình thành bông bùn. Đầu tiên,

phải có một lượng lớn vi khuẩn. Thứ hai, các vi khuẩn này phải sản xuất ra một lượng
lớn các sợi tế bào cùng các polysaccarit và các hạt polyhydrobutyrate (PHB). Các sợi
tế bào, polyscaccarit và PHB chính là các yếu tố hình thành bông bùn. Các sợi tế bào
có kích thước rất nhỏ (2 - 5nm), gồm nhiều gốc hoá học như cacbonxyl (-COOH),
hydroxyl (-OH), sulfhydryl (-SOOH) và photphoryl (-POOH). Những gốc hoá học
này sẽ bị ion hoá trong khoảng pH tối ưu của bùn hoạt tính. Khi đó, phân tử hydro sẽ
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
7
tách ra, còn lại là các gốc ion âm (-COO-, -O-, -SOO-, -POO-). Các gốc này hoạt động
như các ion âm, chúng sẽ kết hợp với các ion đa hoá trị trong nước thải ví dụ như
Ca2+ và liên kết các vi khuẩn lại với nhau, hình thành bông bùn. pH là yếu tố quan
trọng ảnh hưởng đến mức độ ion hoá nên khi pH thay đổi sẽ ảnh hưởng quá trình tạo
bông bùn.
Nhiều loại polysaccarit không hòa tan được sản sinh trong suốt quá trình tạo
bông. Các polysaccarit này đóng vai trò như chất kết dính để gắn kết các tế bào vi
khuẩn lại với nhau. Trong giai đoạn này, lượng sinh khối rất nhiều và đa dạng, hiệu
quả xử lý BOD cao. Số lượng trùng tiên mao nhiều, trong đó chiếm ưu thế là trùng
tiên mao bò (crawling ciliated protozoa). Trùng tiên mao bơi không nhiều vì ở giai
đoạn này lượng vi khuẩn ít phân tán gây khó khăn trong việc tìm thức ăn cho loài này.

Hình 2.4 Trùng tiên mao bò (crawling ciliated protozoa)
4- Giai đoạn hô hấp nội bào (Endogenous phase): Trong giai đoạn này xảy ra
hiện tượng giảm dần sinh khối. Phần lớn lượng BOD bị vi khuẩn phân hủy trong giai
đoạn này được sử dụng cho hoạt động sống của tế bào vi khuẩn hơn là tổng hợp và
sinh trưởng. Một điều thay đổi đáng kể trong giai đoạn này là sự phát triển của các vi
khuẩn dạng sợi (filamentous). Bông bùn trong giai đoạn này cần có một lượng vi
khuẩn dạng sợi đủ để phát triển ở kích thước trung bình (150 - 500m) và kích thước
lớn (> 500m). Trong giai đoạn này, vi sinh đa dạng, do đó đẩy nhanh hiệu quả xử lý.
Ở giai đoạn này, nước thải đã được xử lý gần hết, mức độ ô nhiễm giảm mạnh.
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN

8
Số lượng trùng tiên mao bò và trùng tiên mao có cuống ở giai đoạn này rất cao.
Dưới những điều kiện tối ưu, số lượng của chúng có thể là 50.000/ml. Trùng bánh xe
và giun tròn sống tự do cũng như những động vật đa bào khác có thời gian phát sinh
trưởng dài hơn so với động vật nguyên sinh, thời gian sinh trưởng của chúng là vài
tuần. Thời gian này thường lâu hơn tuổi bùn của hầu hết các quá trình bùn hoạt tính.
Thời gian sinh trưởng dài chính là một trong 2 yếu tố làm cho số lượng trùng bánh xe
không nhiều. Yếu tố thứ hai là do sự xáo động trong môi trường bùn hoạt tính gây khó
khăn cho vi sinh vật đực và cái gặp nhau. Chúng sẽ tăng nhanh trong môi trường ổn
định và có tuổi bùn cao, thường là trong các hồ sinh học.

Hình 2.5 Trùng tiên mao có cuống (stalk ciliated protozoa)

Hình 2.6 Giun tròn sống tự do (free – living nematode)
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
9

Hình 2.7 Trùng bánh xe (rotifer)

Hình 2.8 Bùn ở giai đoạn hô hấp nội bào
Hình 2.8 minh họa bùn tốt vì bông bùn rất to đồng thời có sự xuất hiện rất
nhiều của trùng tiên mao có cuống.
Bảng 2.1 Các đặc tính trong quá trình sinh trưởng của vi sinh vật
Các đặc tính Giai đoạn
thích nghi
Giai đoạn
tăng sinh khối
theo số mũ
Giai đoạn sinh
trưởng chậm

dần
Giai đoạn hô
hấp nội bào
Bông bùn Chưa có Chưa có Xuất hiện Xuất hiện
Hình dạng
bông bùn
- - Hình cầu Bất thường
BOD Cao Cao Trung bình Thấp
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
10
DO Thấp Thấp Trung bình Cao
Số lượng vi
khuẩn
Thấp Trung bình Nhiều Nhiều
Vị trí vi khuẩn Phân tán Phân tán Nằm trong
bông bùn
Nằm trong
bông bùn
Loài ưu thế Trùng biến
hình và trùng
roi
Trùng tiên mao
bơi
Trùng tiên mao
bò
Trùng tiên mao
bò và trùng
tiên mao có
cuống
Chất rắn mịn Đáng kể Đáng kể Không đáng kể

Không đáng kể

2.1.4. Tính chất tạo bông bùn hoạt tính
Bùn hoạt tính gồm các cá thể vi sinh vật không sống độc lập mà phát triển theo
từng khối. Khả năng tạo bông là đặc tính quan trọng nhất của bùn hoạt tính. Nhờ có sự
kết bông mà bùn có một tốc độ lắng thích hợp và chỉ có lắng trọng lực là cách hiệu
quả và kinh tế nhất để tách bùn khỏi nước thải đã xử lý. Những vi sinh vật có khả
năng kết bông hoặc chỉ cần có khả năng kết dính vào bông bùn sẽ có lợi cho bản thân
hơn rất nhiều so với những loài sống riêng rẽ:
- Chúng được giữ lại trong bùn hoạt tính trong khi các loài không có khả năng
tạo bông hay kết dính sẽ bị cuốn trôi đi.
- Phát triển thành khối sẽ bảo vệ cho chúng chống lại sự đe dọa của các loài
khác.
- Các vi sinh vật tạo bông có trong bùn hoạt tính như Pseudomonas,
Achromobacter, Alcaligenes, Citromonas, Flavobacterium và Zoogloea có khả năng
chuyển các chất hữu cơ thành glycocalyx. Glycocalyx là một lớp polysaccharide bao
xung quanh lớp màng bên ngoài của các tế bào gram âm và lớp peptidoglycan của tế
bào gram dương. Nó như một loại polymer hữu cơ có tác dụng làm tăng độ nhớt của
nước, do đó làm cho các tế bào chất riêng lẻ có thể hình thành nên một vi môi trường
cho các enzym ngoại bào hoạt động. Mạng polymer glycocalyx nhớt này làm cho các
cá thể kết dính vào nhau hoặc dính vào các bề mặt chất rắn khác và tạo nên các khối
lớn hơn. Do đó có thể nói rằng glycocalyx có nhiệm vụ kết dính các tế bào chất lơ
lửng và hình thành những lớp màng sinh học. Thực tế trong hệ thống xử lý nước thải,
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
11
các hạt lơ lửng, đặc biệt là các hạt vô cơ nặng, thường bị dính vào mạng polymer này
hơn là các tế bào vi sinh vật. Từ đó mà các bông bùn nặng được hình thành.
Li và Ganczarczyk đã sử dụng các phân tích hình ảnh để nghiên cứu vai trò của
mạng polymer đối với việc kết bông và xác định đặc điểm của bùn hoạt tính. Họ đã

đưa ra 4 kết luận sau:
- Lượng polymer sinh học trong bùn có tải trọng cao hơn thường ít hơn trong
bùn có tải trọng thấp hơn vì các polymer ngoại bào được hình thành chủ yếu ở giai
đoạn hô hấp nội bào.
- Vi sinh vật không phân chia giống nhau trong mạng polymer mà phân tán
thành các cụm vi sinh không đều nhau trong bùn hoạt tính.
- Cấu trúc bên trong của bùn có những đường rãnh cũng như các hốc nằm rải
rác ngẫu nhiên tạo điều kiện cho các dòng nước có thể đi xuyên qua.
- Bản thân mạng polymer (không kể đến sự hiện diện của các vi khuẩn dạng sợi
trong bông bùn) đã có thể duy trì sự nguyên vẹn của các bông bùn lớn dù đang có một
sự xáo trộn lớn trong bể (tức là dù có sục khí mạnh thì các bông bùn cũng không bị vỡ
nếu được hình thành từ mạng polymer). Trường hợp bùn tạo khối, các bông bùn được
giữ ổn định nhờ một loại khung được tạo bởi các vi khuẩn dạng sợi.
a. Khả năng tạo bông của bùn
Ở giai đoạn tăng trưởng cấp số mũ, vi khuẩn bị biến mất trong môi trường nuôi
cấy. Vào thời điểm chuyển sang giai đoạn chậm dần, chúng kết lại thành bông có màu
nâu nhạt, có thể dài đến vài mm có hình dạng phân nhánh như cái găng tay. Các vi
khuẩn này xuất hiện thành từng nhóm dạng keo hay bông xuất hiện ở giai đoạn
chuyển hoá nội bào. Hiện tượng kết bông của vi sinh rất phức tạp được kiểm soát bởi
trạng thái sinh lý của tế bào, là một đặc tính của nhiều vi sinh, có liên quan đến sự tiết
ra polymer mà trong đó các polysacarit đóng vai trò đặc biệt.
Trong điều kiện nuôi cấy tối ưu, bùn hoạt tính được hình thành ở dạng những
bông dễ dính vào nhau và dễ lắng. Dưới đây là hình minh họa bùn kết bông tốt:
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
12

Hình 2.9 Bùn hoạt tính kết bông tốt
b. Cơ chế của việc tạo bông
Cơ chế của việc tạo bông sinh học và các yếu tố quyết định cơ chế đó đã được
nhiều tác giả nghiên cứu. Theo Mc.Kinney, sự tạo bông sinh học gây ra do việc giảm

diện tích đến giá trị tới hạn cho phép các tế bào tụ hợp lại trong quá trình chuyển động
tự do của chúng. Việc giảm diện tích bề mặt tế bào bắt đầu vào thời điểm khi mà các
lớp vỏ tế bào được phủ bằng vật liệu polysacarit sản sinh bởi tế bào, chủ yếu là vào
giai đoạn chuyển hoá nội bào.
K.rabtree và những người khác gắn quá trình tạo bông sinh học với việc hình
thành polymer nội bào axit poly--oxy butyric. Nhưng phần lớn các chuyên gia lại
gán cho polymer này chức năng của chất dự trữ bị tiêu hao trong giai đoạn chuyển hoá
nội bào tức là giai đoạn mà quá trình tạo bông sinh học xảy ra mạnh nhất.
Hiện nay được nghiên cứu đầy đủ nhất là lý thuyết kết dính tế bào dưới tác
động của polymer ngoại bào. Theo thuyết này thì sự tạo bông sinh học xảy ra bằng
cách tác động tương hỗ của những chất đa điện ly cao phân tử do các tế bào sinh ra
với bản thân tế bào vi khuẩn. Kết quả là các chất đa điện ly nối và liên kết những tế
bào riêng biệt thành các tổ hợp và bông có khả năng tách khỏi pha lỏng bằng phương
pháp lắng.
2.2. CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH BÙN HOẠT TÍNH
2.2.1. Ảnh hưởng của pH
pH là một yếu tố chính trong sự phát triển của vi sinh vật. pH lớn quá hay thấp
quá đều ảnh hưởng xấu tới đời sống vi sinh. Sự hình thành bông bùn tốt nhất ở pH
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
13
nằm trong khoảng 6.5 - 8.5. Khi pH < 6.5 và > 8.5, liên kết giữa các bông bùn trở nên
yếu, bùn nổi lên do các vi khuẩn không liên kết chặt chẽ.

Hình 2.10 Bùn liên kết yếu
2.2.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ
Nhiệt độ nước thải có ảnh hưởng rất lớn tới tốc độ phản ứng sinh hóa trong quá
trình xử lý nước thải. Nhiệt độ không những ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật
mà còn tác động lớn tới quá trình hấp thụ khí oxy vào nước thải và sự phát triển cũng
như tính lắng của bông bùn.
Khi nồng độ MLVSS cao (> 10,000 mg/l): sự thay đổi nhiệt độ sẽ gây ra ảnh

hưởng vật lý đến bông bùn. Nếu nhiệt độ giảm, nước thải sẽ trở nên nặng làm giảm
tốc độ lắng của bông bùn. Khi nhiệt độ tăng lên, nước thải ít nặng hơn nên tốc độ lắng
của bông bùn tăng lên.
Khi nồng độ MLVSS khá nhỏ, khoảng 2000 mg/l thì sự thay đổi nhiệt độ sẽ
ảnh hưởng đến cấu trúc bông bùn. Khi nhiệt độ tăng lên, vi sinh hoạt động nhiều hơn
làm sinh ra nhiều chất không hòa tan được như lipids và dầu mỡ. Những chất này
được bông bùn hấp thụ nên vận tốc lắng giảm xuống.
Bảng 2.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình bùn hoạt tính
Nhiệt độ (º C) Ảnh hưởng
> 38 Ảnh hưởng bất lợi đối với việc hình thành
bông bùn
CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN
14
> 32 Động vật nguyên sinh kém hoạt động
> 16 Tốc độ khử nBOD tăng đáng kể
> 14 Tốc độ khử cBOD tăng đáng kể
> 12 Bông bùn hình thành nhanh chóng
> 8 Chất béo, dầu, mỡ giảm xuống
> 4 Động vật nguyên sinh hoạt động mạnh
mẽ
2.2.3. Ảnh hưởng của kim loại nặng
Nước thải công nghiệp thường chứa nhiều kim loại nặng độc hại. Hầu hết các
kim loại nặng xâm nhập vào bùn hoạt tính ở dạng hòa tan như oxit kim loại hay dưới
dạng các ion tự do như Cu
2+
, Pb
2+
. Khi các kim loại này hấp thụ vào bề mặt của tế bào
vi khuẩn, một vài phản ứng hóa học và lý học sẽ xảy ra. Sự hiện diện của các kim loại
này ở tế bào vi khuẩn sẽ làm bông bùn nặng hơn. Một vài kim loại nặng hấp thụ vào

trong tế bào vi khuẩn, khi vào trong tế bào vi khuẩn, chúng sẽ tấn công các enzyme.
Điều này thường xảy ra ở vị trí nhóm thiol (-SH) trong các amino acid. Khi các
enzyme bị tấn công sẽ làm trì trệ hoạt động của các vi khuẩn. Kim loại nặng không chỉ
tấn công vi khuẩn mà còn tấn công trùng tiên mao, trùng bánh xe, giun tròn di chuyển
tự do. Việc này dẫn tới làm giảm hoạt động của các vi sinh vật và chúng bị rửa trôi
nhiều ở dòng ra.
Có nhiều chỉ thị để nhận biết trong nước thải có kim loại nặng. Có thể dùng
kính hiển vi, chỉ thị sinh học, hóa học. Nếu dùng kính hiển để xem bùn, ta có thể nhận
biết sự hiện diện của kim loại nặng khi bùn phát triển phân tán, giảm mật độ hay thay
đổi hình dạng bông bùn, thay đổi hoạt động và số lượng trùng tiên mao. Chỉ thị sinh
học chính là sự tăng nồng độ oxy hòa tan trong bể sục khí. Ngoài ra ta cũng có thể
dùng chỉ thị hóa học như phân tích thành phần amoni, nitric, orthophophat trong nước.
Kim loại nặng trong nước thải ức chế hoạt động của những vi khuẩn khử cBOD
và nBOD. Khi có sự hiện diện của các kim loại nặng độc hại trong nước, các vi khuẩn
chỉ khử một lượng nhỏ cBOD (cacbon BOD), do vậy vi khuẩn chỉ sử dụng một lượng
nhỏ N và P. Vì thế nồng độ các ion amoni và orthophotphat trong nước thải sẽ cao. Do
các vi khuẩn nitrat hóa bị ức chế bởi các kim loại nặng, quá trình nitrat hóa sẽ bị chậm
lại. Nếu quá trình nitrát hóa bị chậm lại hay ngừng hẳn, sẽ xảy ra sự tích lũy của các