Xác định các thông số động học sinh học phục vụ các xử lý nước thải của cơ sở sản xuất nước tương Lam Thuật trên mô hình bùn hoạt tính

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, chất lượng cuộc sống của con người ngày càng được nâng
cao. Do đó, các đòi hỏi về những nhu cầu hằng ngày, ngày càng trở nên khắt
khe, đặc biệt là nhu cầu về ẩm thực. Chính vì thế, các ngành công nghiệp chế
biến và sản xuất thực phẩm đóng một vai trò rất quan trọng.
Chòu ảnh hưởng bởi phong tục tập quán của người Hoa, nhiều người
Việt Nam chúng ta có xu hướng thích thưởng thức các món ăn có sử dụng nước
tương để làm tăng hương vò đậm đà cho thực phẩm. Thêm vào đó, đậu tương
là một loại nông sản có năng suất rất cao và được trồng ở nhiều nơi trong cả
nước. Do đó, ngành sản xuất nước tương hiện nay khá phát triển trong lónh vực
thực phẩm tại Việt Nam . Tuy nhiên, việc sản xuất nước tương đã tạo ra một
lượng lớn nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm cao gây ra không ít lo ngại cho
cuộc sống của người dân sống xung quanh khu vực nhà máy.
Hiện trạng nước thải chứa lượng lớn chất hữu cơ cao thải trực tiếp ra hệ
thống nước thải chung của các khu dân cư không qua xử lý gây ô nhiễm
nghiêm trọng là thực trạng chung của một số các cơ sở sản xuất nước tương
quy mô vừa và nhỏ hiện nay. Vì thế, trong khi hệ thống xử lý nước thải nước
tương của một số nhà máy hoạt động hiệu quả, hệ thống xử lý của các cơ sở
khác lại chưa đạt được như mong muốn, nhất là các cơ sở với quy mô sản xuất
vừa và nhỏ.
Bên cạnh lý do khoản đầu tư và vận hành hệ thống xử lý làm tăng chi
phí sản xuất, một trong những nguyên nhân khiến hiệu quả xử lý chưa đạt yêu
cầu là do thiếu các nghiên cứu cụ thể với loại nước cần xử lý. Đó là những
nghiên cứu không đòi hỏi chi phí cao nhưng lại có ý nghóa thực tiễn lớn trong
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 1

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
việc nâng cao hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý nước thải nước tương. Trong
quá trình xử lý nước thải nước tương thì giai đoạn xử lý sinh học đóng vai trò

then chốt để loại bỏ các yếu tố ô nhiễm hữu cơ luôn hiện diện trong nước thải.
Trong số các phương pháp xử lý sinh học thì xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính
là lựa chọn thông dụng nhất đối với các hệ thống xử lý nước thải nước tương
do chi phí đâu tư và vận hành hợp lý.
Trước những vấn đề đặt ra ở trên, đề tài “ Xác đònh các thông số động
học sinh học phục vụ quá trình xử lý nước thải của cơ sở sản xuất nước tương
Lam Thuận bằng bùn hoạt tính” được hình thành nhằm cải thiện hiệu quả xử
lý của hệ thống xử lý nước thải đối với các nhà máy đã có hệ thống xử lý ,
đồng thời có vai trò như một tài liệu tham khảo đối với các nhà đầu tư , những
người thiết kế hệ thống xử lý nước thải nước tương để hệ thống hoạt động
hiệu quả sau khi xây dựng.
1.2. MỤC TIÊU – NỘI DUNG – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.2.1. Mục tiêu
 Khảo sát khả năng xử lý nước thải sản xuất nước tương bằng phương
pháp bùn hoạt tính.
 Tìm ra các thông số động học cụ thể để hoàn thiện quá trình xử lý nước
thải.
1.2.2. Nội dung
 Nghiên cứu xử lý nước thải từ một quy trình sản xuất nước tương điển
hình trên mô hình thử nghiệm trong 2 tháng ( từ tháng 5/2009 đến tháng
6/2009), bằng phương pháp sinh học hiếu khí ( bùn hoạt tính).
 Xác đònh các thông số động học sinh học phục vụ xử lý nước thải ở ba
điều kiện thích nghi, tónh và động . Từ đó rút ra thông số động học phù
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 2

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
hợp nhất cho quá trình xử lý loại nước thải trên bằng phương pháp bùn
hoạt tính.
1.2.3. Phương pháp nghiên cứu
 Khảo sát thành phần, tính chất nước thải từ quá trình sản xuất nước

tương.
 Xây dựng và vận hành mô hình thí nghiệm
 Phân tích, đánh giá và xử lý các thông số trong quá trình xử lý nước thải
trên mô hình thí nghiệm.
1.3. PHẠM VI NGHIÊN CỨU
Nghiên cứu, phân tích và đánh giá hiệu quả xử lý COD trong nước thải
sản xuất nước tương trên môi trường nhân tạo bằng phương pháp sinh học hiếu
khí ứng dụng bùn hoạt tính.
Nghiên cứu thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm với mô hình có dung
tích 24l.
1.4. Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI
Sản xuất nước tương đang là một trong những lónh vực phát triển của
ngành thực phẩm. Nên nước thải trong quá trình sản xuất nước tương cũng
ngày một tăng lên, vì thế việc xác đònh được các thông số động học tốt nhất
cho quá trình xử lý của nước thải có ý nghóa rất thực tế. Nó có thể là tài liệu
nhằm nâng cao hiệu quả xử lý cho các hệ thống xử lý hiện hữu. Đồng thời là
thông số tham khảo trong quá trình thiết kế hệ thống xử lý nước thải nước
tương.
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 3

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỂ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT
NƯỚC TƯƠNG
Nguyên liệu để sản xuất nước tương là hạt đậu tương có tên khoa học là
Glycine max Merrill. Đậu tương là cây công nghiệp và là cây thực phẩm ngắn
ngày có giá trò dinh dưỡng cao. Đậu tương dùng làm thực phẩm cho người và
thức ăn cho chăn nuôi.
Đồng thời, đậu tương còn là cây cải tạo đất tốt và là mặt hàng nông sản
xuất khẩu quan trọng đem lại lợi nhuận cao. Chính vì vậy, cây đậu tương đang
là một trong 10 chương trình ưu tiên phát triển của nước ta ( TS.VS.Trần Đình

Long – Viện Khoa Học Kỹ Thuật Nông Nghiệp Việt Nam).
Từ năm 1990 trở lại đây diện tích canh tác, năng suất, sản lượng đậu
tương đã không ngừng tăng lên. Cũng theo TS.VS. Trần Đình Long – Viện
Khoa Học Kỹ Thuật Nông Nghiệp Việt Nam, diện tích trồng tăng 11,2%, năng
suất tăng 48,6% và sản lượng tăng 63,9%. Cũng từ đó, các cơ sở sản xuất nước
tương ra đời ngày càng nhiều và phát triển ngày càng rộng với nhiều thương
hiệu nổi tiếng.
Nước tương hay còn gọi là xì dầu đang được sử dụng rộng rãi ở Đông
Nam Á. Riêng ở Việt Nam, lượng nước tương tiêu thụ hằng tháng ngày càng
tăng bởi không chỉ vì hương vò đậm đà thơm ngon của nó mà còn vì khả năng
khắc phục những hư tổn tế bào ở người của nước tương.
Người ta phát hiện nước tương – được làm từ đậu tương lên men – có khả
năng chống ôxy hóa mạnh gấp khoảng 10 lần rượu vang đỏ và 150 lần so với
vitamin C.
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 4

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
“ Thứ nước chấm này còn thể hiện tiềm năng trong việc làm chậm tốc độ
phát triển các căn bệnh tim mạch và suy thoái thần kinh”, trưởng nhóm nghiên
cứu Barry Halliwell cho biết.
Nghiên cứu của Đại Học Quốc Gia Singapore cũng tìm thấy nước tương
cải thiện tới 50% lưu lượng máu chỉ trong vài giờ sau khi sử dụng.
Có thể thấy rằng nhu cầu tiêu thụ nước tương ngày càng tăng. Tại thành
phố Hồ Chí Minh hiện nay có khoảng 50 cơ sở sản xuất và phân phối nước
tương với chất lượng được phân thành nhiều loại. Trên cả nước hiện nay có
khoảng trên 70 nhà máy sản xuất nước tương có quy mô tương đối lớn và rất
nhiều cơ sở sản xuất nước tương vừa và nhỏ khác.
2.1. HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG TẠI VIỆT NAM
2.1.1. Quy trình sản xuất nước tương
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 5

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
2.1.1.1. Sản xuất nước tương theo phương pháp hóa giải (hình 2.1)
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 6

Bánh dầu
Xử lý nguyên liệu
Acid, nước
Trung hòa
Phân giải
Lọc thô
Thanh trùng Muối
Lắng trong
Pha chế
Đóng gói
Thành phẩm
Soda
Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
Bánh dầu là đậu tương bò ép hết dầu và viên thành từng bánh với hàm
lượng protein đạt từ 40% trở lên.
Nước tương sản xuất theo quy trình này sẽ tạo ra thành phẩm nhanh hơn,
nhờ sử dụng acid để phân giải tinh bột và protein. Nhưng đồng thời quy trình này
cũng sinh ra chất độc 3 – MCPD như 1 sản phẩm phụ gây ảnh hưởng đến sức
khỏe của người tiêu dùng. Vì vậy, các nhà máy sản xuất nước tương ở nước ta
hiện nay đã dần chuyển sang sản xuất nước tương bằng phương pháp lên men
truyền thống nhưng cũng có kết hợp hóa giải.
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 7

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
2.1.1.2. Sản xuất nước tương bằng lên men kết hợp với hóa giải bằng axit

(Hình 2.2)
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 8

Khô đậu nghiềng nhỏ
Rang
Điều chỉnh pH
Nuôi mốc
Ngâm
Trung hòa, lọc
Thủy phân 2
Trộn mốc
Làm nguội
Thủy phân 1
Mốc giống
A.oryzae
Nước nóng 60
0
C
Thanh trùng, điều vò
T
0
phòng
Thời gian : 30 – 34h
Ca(OH)
2
Nước tương thành phẩm
Axit HCl
Bã
Axit hữu cơ
Nước nóng 60

0
C
Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
2.1.1.3. Thuyết minh quy trình
Nếu ta chỉ sản xuất nước tương bằng phương pháp lên men truyền thống thì
sẽ gặp nhiều khó khăn như thời gian sản xuất ra sản phẩm chậm, và nước tương
cũng không có mùi thơm và hương vò đặc trưng. Nhưng nếu ta sử dụng phương
pháp hóa giải thì có được các yêu cầu đó. Vì vậy, phương pháp này là sự kết hợp
hoàn hảo để nhà máy sản xuất nước tương đáp ứng được yêu cầu của khách hàng.
Trong qui trình sản xuất nước tương theo phương pháp lên men kết hợp hóa
giải bằng axit sulfuric gồm có các giai đoạn chính:
 Xử lý nguyên liệu : công đoạn xử lý nguyên liệu có 3 bước chính
 Xay nhỏ : nhằm tăng khả năng xúc tác của enzyme thủy phân.
 Phối liệu và trộn nước : trộn thêm 10% bột bắp hoặc bột mì,
thêm 60 – 70 % nước so với lượng bột trên
 Hấp chín : nhằm tiêu diệt vi sinh vật và giúp nấm mốc phát triển
tốt hơn.
 Nuôi nấm mốc : trong khi nuôi nấm cần lưu ý các yếu tố
Nhiệt độ từ 28 – 32
0
C; độ ẩm từ 85 – 90% và phải thoáng khí
 Thủy phân: lượng axit sulfuric sử dụng là 5% dung dòch HCl , thời gian
thủy phân là 24h tại nhiệt độ 97 ± 3
0
C.
 Thanh trùng sản phẩm : có thể tiến hành bằng hai cách : đun trực tiếp
hoặc dùng hơi nước từ nồi hơi. Nhiệt độ thanh trùng từ 60 – 70
0
C.
2.1.1.4. Giới thiệu về cơ sở sản xuất nước tương Lam Thuận

Đòa chỉ: 295/14/6 Kinh Dương Vương, phường An Lạc, quận Bình Tân.
Quy mô sản xuất khoảng 1,2 triệu chai/ năm
Số lượng công nhân là 40 người.
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 9

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
2.1.2. Những vấn đề môi trường trong sản xuất nước tương
2.1.2.1. Môi trường không khí
Do thời gian trước đây, khi còn sản xuất nước tương theo phương pháp
hóa giải, dùng acid để phân giải bánh dầu chiết xuất dòch tương, cùng với việc
chưa có công nghệ xử lý khí thải hoàn chỉnh đã dẫn đến một lượng hơi acid
thừa thoát vào không khí làm cho môi trường tại các nhà máy sản xuất và chế
biến nước tương bò ô nhiễm nặng nề, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe người
lao động.
Hơi acid thừa có tác hại đến đường hô hấp và niêm mạc mắt. hít phải hơi
acid có thể bò nhiễm độc gây co thắt thanh quản, nặng hơn là viêm phế quản,
đặc biệt về lâu dài có thể bò phù phổi. Triệu chứng thường thấy ở người làm
việc trong môi trường acid tại các cơ sở sản xuất nước tương là ho.
Tuy gần đây, các cơ sở sản xuất đã chuyển sang sản xuất sạch hơn với
phương pháp lên men. Nhưng môi trường không khí vẫn chưa được cải thiện.
2.1.2.2. Chất thải rắn
Chất thải rắn từ quá trình sản xuất nước tương chủ yếu là bả thải. Bã
chính là bánh đậu đã qua phân giải chỉ còn lại xác đậu.
Bên cạnh đó, nguồn phát sinh chất thải rắn do quá trình sản xuất nước
tương còn tập trung ở giai đoạn đóng gói. Rác chủ yếu là các loại bao bì,
nilon, carton… Ngoài ra, rác thải sinh hoạt cũng góp phần đáng kể gây ô
nhiễm.
Lượng chất thải rắn trong quá trình sản xuất nước tương hiện nay đang trở
thành vấn nạn của các nhà sản xuất cũng như nhà quản lý môi trường bởi vì
tính chất gây ô nhiễm cao và khó xử lý của nó. Chính vì thế, cần xúc tiến tìm

SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 10

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
ra biện pháp thu gom và xử lý thích hợp để loại bỏ những mầm bệnh, giữ cho
môi trường trong sạch.
2.1.2.3. Môi trường nước
Hầu hết các nhà máy, cơ sở sản xuất nước tương nói riêng và nước chấm
nói chung đều gây ô nhiễm môi trường nước bởi bởi nước thải của quá trình
sản xuất.
Hiện tượng nước thải chứa lượng hợp chất hữu cơ cao được thải trực tiếp
ra hệ thống nước thải chung của khu dân cư hoặc trực tiếp vào các thủy vực
gây ô nhiễm nghiêm trọng là thực trạng chung của các nhà máy sản xuất nước
tương.
Bên cạnh đó, nước thải của các quá trình sản xuất này cũng tác động trực
tiếp đến môi trường bởi yếu tố tạo mùi của nó.
Cho đến nay ở hầu hết các nhà máy, cơ sở sản xuất nước tương vừa và
nhỏ chưa có hệ thống xử lý nước thải hoàn chỉnh, nếu có cũng chỉ là xơ sài và
không đạt tiêu chuẩn.
2.2. THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN
XUẤT NƯỚC TƯƠNG
2.2.1. Thành phần
Cũng giống như các ngành chế biến thực phẩm khác, nước thải của các
nhà máy sản xuất nước tương chứa nhiều hợp chất hữu cơ dễ phân hủy chủ
yếu là các hydratecarbon, protein, cellulose và lipit. Muối là nguyên liệu quan
trọng trong sản xuất nước tương vì nó điều chỉnh vò và bảo quản sản phẩm.
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 11

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
Ngoài ra, trong nước thải của các nhà máy sản xuất nước tương còn chứa
một lượng các hóa chất để xúc rửa chai và vệ sinh thiết bò có dính các loại dầu

mỡ trong quá trình bảo trì máy móc.
2.2.2. Tính chất
Nước thải sản xuất nước tương có một số tính chất đặc trưng như sau
Bảng 2.1.Tính chất chung của nước thải sản xuất nước tương
Thông số Đơn vò Giá trò giới hạn
pH - 4 – 5
BOD
5
mg/l 200 – 300
COD mg/l 300 - 600
SS mg/l 150 – 300
Tổng P mg/l ≤ 15
Tổng N mg/l ≤ 100
Matsushita Environment Airconditioning Eng. Co., Ltd.
Dựa vào bảng tính chất chung của nước thải sản xuất nước tương cho ta
thấy nước thải ra đã vượt mức chỉ tiêu cho phép khá cao, và trong thành phần
của nước thải có chứa chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học cũng như các chất
dinh dưỡng cho vi sinh vật sử dụng. Môi trường nước thải có tính axit nhưng
không cao, vi sinh vật có thể hoạt động.
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 12

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG
PHÁP SINH HỌC NÓI CHUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BẰNG
BÙN HOẠT TÍNH NÓI RIÊNG
3.1.TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI
3.1.1.Khái niệm nước thải
Nước thải là nước đã dùng trong sinh hoạt, sản xuất hoặc chảy tràn qua
các vùng đất ô nhiễm. Phụ thuộc vào điều kiện hình thành, nước thải được
chia làm 3 loại :

 Nước thải sinh hoạt
 Nước thải công nghiệp
 Nước mưa tràn qua vùng đất ô nhiễm
Ngày nay, dân số gia tăng quá trình công nghiệp hóa và đô thò hóa ngày
càng mạnh mẽ, dẫn đến nhu cầu sử dụng nước rất lớn. Trong khi nguồn tài
nguyên nước lại không tăng lên, điều này làm suy giảm nghiêm trọng cả về
chất và lượng của nước.
3.1.1.1 Nước thải sinh hoạt
Là nước thải ra từ các hoạt động sống hằng ngày của con người như :
nước tắm, giặt, hồ bơi, nhà ăn, nhà vệ sinh, nước rửa sàn nhà… Chúng chứa
khoảng 58% chất hữu cơ và 42% chất khoáng. Đặc điểm cơ bản của nước thải
sinh hoạt là hàm lượng các chất hữu cơ không bền sinh học cao như
hydratcacbon, protein, mỡ ; chất dinh dưỡng như photphat, nitơ ; vi trùng ; chất
rắn và mùi.
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 13

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
Nước thải sinh hoạt phát sin từ các hộ dân cư, có lưu lượng nhỏ, nhưng bố
trí trên đòa bàn rất rộng, khó thu gom triệt để xếp vào loại nguồn phân tán.
3.1.1.2.Nước mưa chảy tràn qua các vùng đất ô nhiễm
Được hình thành do mưa và chảy ra từ đồng ruộng. Chúng bò ô nhiễm bởi
các chất vô cơ và hữu cơ khác nhau. Nước trôi qua khu vực dân cư, khu sản
xuất công nghiệp, có thể cuốn theo chất rắn, dầu mỡ, hóa chất, vi trùng … Còn
nước chảy ra từ đồng ruộng mang theo chất rắn , thuốc sát trùng, phân bón …
Nước mưa chảy qua các khu rừng mang theo các chất hữu cơ động thực
vật, chất rắn lơ lửng do xói mòn đất… Các loại nước thải này theo tính chất
phát sinh như trên cũng thuộc loại nguồn phân tán.
3.1.1.3.Nước thải công nghiệp
Xuất hiện khi khai thác và chế biến các nguyên liệu hữu cơ và vô cơ. Các
nguồn nước thải bao gồm :

 Nước hình thành do phản ứng hóa học
 Nước ở dạng ẩm tự do và liên kết trong nguyên liệu và chất ban đầu,
được tách ra trong quá trình chế biến.
 Nước rửa nguyên liệu, sản phẩm , thiết bò.
 Dung dòch nước cái.
 Nước chiết, nước hấp thụ.
 Nước làm nguội.
 Các loại nước khác : nước bơm chân không từ thiết bò ngưng tụ hòa
trộn, hệ thống thu hồi tro ướt, nước rửa bao bì, nhà xưởng, máy móc…
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 14

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
Nước thải công nghiệp thường có lưu lượng lớn và nồng độ các chất ô
nhiễm cao được thoát ra từ các công của nhà máy hoặc khu công nghiệp, nên
được xếp vào loại nguồn điểm.
3.1.2.Tính chất của nước thải
Nước thải chứa rất nhiều loại hợp chất khác nhau, với số lượng và nồng độ
cũng thay đổi rất khác nhau.Có thể phân loại tính chất nước thải như sau :
3.1.2.1.Tính chất vật lý
Tính chất vật lý của nước thải được xác đònh dựa trên các chỉ tiêu : các
chất rắn, độ đục, màu sắc, mùi vò, nhiệt độ và lưu lượng.
 Các chất rắn bao gồm các dạng sau :
 Các chất rắn hữu cơ : bao gồm C, H, O, N và có thể được chuyển
thành CO
2
và H
2
O khi cháy ở 550
0
.

 Chất rắn vô cơ : phần còn lại sau khi đốt cháy hoàn toàn cặn, thu
được trên giấy lọc.
 Chất rắn lơ lửng : loại chất rắn này thường bò giữ lại bởi các bể
lọc đệm với vật liệu xơ và có thể được phân loại nhỏ hơn : tổng
các chất rắn lơ lửng ( TSS) , các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi
( VSS) và chất rắn lơ lửng cố đònh.
 Các chất rắn tan : loại chất rắn này sẽ đi qua được các bể lọc và
cũng được phân loại thành : tổng hàm lượng các chất rắn tan
được (TDS), các chất rắn tan dễ bay hơi và các chất rắn tan cố
đònh.
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 15

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
 Màu : đây là một trong những thông số để xác đònh chất lượng nước.
Nước sạch thường không có màu, nước thải mới có màu hơi nâu sáng,
tuy nhiên nhìn chung màu nước thải thường là màu nâu xám có vẩn
đục. Màu sắc của nước thải sẽ bò thay đổi đáng kể nếu như nó bò nhiễm
khuẩn, khi đó nước thải sẽ có màu đen tối.
 Độ đục : một trong những đặc điểm dễ nhận biết về sự ô nhiễm của
nước, đó chính là độ trong của nước, được xác đònh thông qua độ đục.
Độ đục của nước có được là do sự tồn tại các chất lơ lửng trong nước,
như tảo, các vi sinh vật, đất sét, bọt xà phòng, các chất tẩy rửa… Phương
pháp thường sử dụng để đo độ đục trong xử lý nước thải là phương pháp
UV – Vis.
 Mùi : mùi có được là do khí sinh ra từ quá trình phân hủy các chất hữu
cơ hay một số chất được đưa thêm vào trong nước thải. Nước thải sinh
hoạt thông thường có mùi mốc, nhưng nếu nước thải bò nhiễm khuẩn thì
nó sẽ chuyển sang mùi trứng thối do sự tạo thành H
2
S trong nước.

3.1.2.2. Tính chất hóa học
• Các hợp chất hữu cơ
 Protein : là hợp chất hữu cơ chứa nitơ với khối lượng phân tử lớn. Khi
protein hiện diện trong nước thải với số lượng lớn, quá trình phân hủy
các vi sinh vật trong nước thải sẽ xảy ra mạnh mẽ và gây ra mùi khó
chòu. Trong suốt quá trình phân hủy này, protein bò thủy phân thành
amino axit, và sau đó là amoni, H
2
S và cuối cùng là các hợp chất hữu cơ
đơn giản hơn.
 Dầu và mỡ : không tan trong nước nhưng lại bò hòa tan trong các dun
môi khác như dầu hỏa, cloroform và ete. Chúng là một trong những
chất hữu cơ ổn đònh nhất và không dễ bò phân hủy bởi các vi sinh vật.
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 16

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
 Cacbonhydrat : Chúng gồm các chất hữu cơ như : tinh bột, xenlulo,
đường và chất xơ, với thành phần chính là C, H và O. Sản phẩm cuối
cùng của quá trình phân hủy cacbohydrat trong điều kiện không có oxy
là các axit hữu cơ, rượu và các chất khí ( CO
2
, H
2
S,…).
 Các chất tẩy rửa :ít tan trong nước và có thể gây hiện tượng nổi bọt
trong các nhà máy xử lý nước thải.
• Các hợp chất vô cơ
 Độ pH : được xác đònh thông qua nồng độ H
+
. Tính axit của nước là

một trong những nguyên nhân gây nhiễm bẩn môi trường nước, do các
trầm tích thường giải phóng độc chất trong môi trường axit.
 Độ kiềm : đặc trưng cho khả năng trung hòa axit. Độ kiềm thực chất
là môi trường đệm ( để giữ pH trung tính) của nước thải trong suốt quá
trình xử lý sinh hóa.
 Clo : Clo tồn tại trong nước và nước thải chủ yếu ở dạng ion Cl
-
. Nồng
độ clo trong nước thải thường cao hơn trong nước nguyên chất.
 Nitơ : nitơ thường tồn tại ở các dạng : N hữu cơ, N – NH
3
, N – NO
2
, N
– NO
3
. Sự hiện diện của nitơ trong nước thải là cần thiết để đánh giá
hiệu quả xử lý nước thải bằng quá trình sinh học.
 Photpho : là chất dinh dưỡng cần thiết cho tất cả các tế bào sống và
là thành phần tự nhiên của nước thải.
 Lưu huỳnh : là nguyên tố cần thiết cho quá trình tổng hợp protein.
Sunfat bò biến đổi sinh học thành sunfit, sau đó có thể kết hợp với
hydro tạo thành H
2
S, là độc chất đối với động thực vật.
 Các hợp chất gây độc : các chất này độc đối với hệ vi sinh vật và
ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học.
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 17

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI

 Các kim loại nặng : chủ yếu được tìm thấy trong nước thải công
nghiệp, và chúng cũng có ảnh hưởng không tốt cho quá trình xử lý
nước thải bằng phương pháp sinh học.
3.1.2.3.Tính chất sinh học
Nói đến tính chất sinh học trong nước thải là đề cập đến các loài sinh vật
hiện diện trong nước thải, bởi vì chính sự vắng mặt, có mặt hay phát triển quá
mức của chúng sẽ chỉ ra được nguồn nước ở tình trạng như thế nào, có bò
nhiễm bẩn hay không. Các thành phần sinh học chính bao gồm :
 Các động vật nước
 Các thực vật nước
 Động vật nguyên sinh, vi khuẩn, virut…
3.2. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH
HỌC
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của
vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dò dưỡng hoại sinh có trong nước thải. Quá
trình hoạt động của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn được
khoáng hóa và trở thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản và nước.
Cho đến nay, người ta xác đònh được rằng, các vi sinh vật có thể phân
hủy được tất cả các chất hữu cơ có trong thiên nhiên và nhiều hợp chất hữu cơ
tổng hợp nhân tạo. Mức độ phân hủy và thời gian phân hủy phụ thuộc trước
hết vào cấu tạo các chất hữu cơ, độ hòa tan trong nước và hàng loạt các yếu tố
ảnh hưởng khác.
Vi sinh vật có trong nước thải sử dụng các hợp chất hữu cơ và một số chất
khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng. Quá trình dinh dưỡng làm
cho chúng sinh sản, phát triển tăng số lượng tế bào ( tăng sinh khối ), đồng
thời làm sạch ( có thể là gần hoàn toàn ) các chất hữu cơ hòa tan hoặc các hạt
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 18

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
keo phân tán nhỏ. Do vậy, trong xử lý sinh học, người ta phải loại bỏ các tạp

chất phân tán thô ra khỏi nước thải trong giai đoạn xử lý sơ bộ. Đối với các tạp
chất vô cơ có trong nước thải thì phương pháp xử lý sinh học có thể khử các
chất sunfit, muối amon, nitrat … các chất chưa bò oxy hóa hoàn toàn. Sản phẩm
của các quá trình phân hủy này là khí CO
2
, nước, khí N
2
, ion sulfat…
3.2.1. Phương pháp sinh học xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên
Phương pháp này dựa trên khả năng làm sạch sinh học trong môi trường
đất và hồ nước.
Dựa trên nguyên tắc đó, người ta chia nhóm các phương pháp sinh học xử
lý nước thải ra những phương pháp xủ lý như sau :
3.2.1.1.Phương pháp đồng tưới cộng đồng, đồng tưới nông nghiệp và
đồng lọc
Người ta sử dụng đồng tưới cộng đồng như một biện pháp tổ hợp các quá
trình làm sạch. Ở đây sẽ xảy ra hàng loạt các quá trình háo học, vật lý và sinh
học rất phức tạp.
Việc sử dụng đồng tưới sinh học bao gồm hai mục đích chính như sau :
 Xử lý và làm sạch nước thải.
 Tận dụng các chất dinh dưỡng có trong nước thải để trồng trọt.
Tuy nhiên, cũng cần phải hiểu rằng, không phải tất cả các loại nước thải
nào cũng có thể sử dụng phương pháp này được. Vì rằng nhiều loại nước thải
chứa rất nhiều vi sinh vật gây bệnh đặc biệt là chứa nhiều kim loại nặng hay
các chất độc nguy hiểm. Những loại nước thải thuộc loại này không thể xử lý
theo phương pháp đồng lọc này được mà phải áp dụng những phương pháp rất
đặc biệt để loại trừ chúng ra khỏi nước thải. Nếu sử dụng phương pháp đồng
tưới công cộng mà không tính đến ảnh hưởng độc hại của nước thải sẽ gây ra
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 19

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
những tác hại rất nghiêm trọng cho sức khỏe cộng đồng dân chúng xung
quanh vùng xử lý.
Phương pháp đồng tưới công cộng thích hợp để xử lý nước thải sinh hoạt
hay nước thải công nghiệp chứa nhiều chất hữu cơ, không chứa vi sinh vật gây
bệnh và kim loại nặng.
3.2.1.2.Hồ sinh học
Hồ sinh học là hồ chứa nước thải được thiết kế sao cho các quá trình tự
làm sạch tự nhiên phát huy tối đa khả năng hoạt động của chúng. Hồ sinh học
được áp dụng rộng rãi hơn đồng lọc và đồng tưới. Ưu điểm lớn nhất của hồ
sinh học là chúng chiếm diện tích nhỏ hơn đồng lọc sinh học. Ngoài những lợi
ích trên , hồ sinh học còn có tác dụng hữu ích sau:
 Nuôi trồng thủy sản như nuôi tảo để làm thực phẩm gia súc hay thức ăn
cho cá ( cá chép, cá rô phi).
 Cung cấp nước cho trồng trọt
 Điều hòa dòng chảy trong mùa mưa và hệ thống thoát nước ở đô thò
 Không đòi hỏi chi phí cao
 Bảo trì, điều hành đơn giản.
3.2.2.Phương pháp sinh học xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo
Các phương pháp sinh học xử lý nước trong điều kiện tự nhiên có nhiều
nhược điểm như:
Quá trình xử lý hay quá trình hoạt động của sinh vật trong nước cần xử lý
không được kiểm soát chặt chẽ.
Hiệu suất xử lý theo phương pháp này thường không cao do sự không ổn
đònh về số lượng và số loài VSV tự nhiên có trong nước thải.
Các yếu tố khác như nhiệt độ, pH cũng không đồng nhất trong quá trình
xử lý.
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 20

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI

Trong khi đó, phương pháp sinh học xử lý nước trong điều kiện nhân tạo
có những ưu điểm :
Toàn bộ quá trình sinh học xảy ra trong thiết bò kín, do đó ta hoàn toàn có
thể kiểm soát được lượng khí thải sinh ra.
Chất lượng nước sau xử lý đảm bảo theo các tiêu chuẩn hiện hành và
hoàn toàn ổn đònh.
3.2.2.1.Phương pháp kỵ khí
Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí do quần thể vi
sinh vật hoạt động không cần sự có mặt của oxy không khí, sản phẩm cuối
cùng là hỗn hợp khí có CH
4
, CO
2
, N
2
, H
2
,… trong đó có tới 65% là CH
4
( khí
metan). Vì vậy, quá trình này cũng có thể gọi là quá trình lên men metan và
quần thể vi sinh vật được gọi tên chung là các vi sinh vật metan.
Các vi sinh vật kỵ khí sử dụng một phần chất hữu cơ trong nước thải hoặc
môi trường để xây dựng tế bào, tăng sinh khối. Người ta đã tính toán lượng
chất hữu cơ dùng cho mục đích này chỉ khoảng 10% so với tổng số các chất
hữu cơ. Do vậy, lượng bùn hoạt tính hình thành trong phân hủy kỵ khí là rất
thấp.
Người ta áp dụng phương pháp xử lý kỵ khí để xử lý các loại bã cặn chất
thải công nghiệp, sinh hoạt cũng như các loại nước thải đậm đặc có hàm lượng
chất bẩn hữu cơ cao : BOD đến 10 – 30 (g/l)

• Một số công trình xử lý sinh học kỵ khí điển hình:
 Bể tự hoại: Được xây dựng bằng các cấu kiện betông đúc sẵn, gạch
đá…một ngăn hay nhiều ngăn với chức năng : lắng và lên men cặn lắng,
thường dùng cho các hộ gia đình. Bể tự hoại cũng được sử dụng trong
xử lý cặn bùn của hệ thống xử lý nước thải chế biến thủy sản, với thời
gian lưu bùn từ 1 – 2 tháng, bùn được nâng nhiệt đến 35
0
C và đáy bể có
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 21

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
ván tháo cặn. Quá trình phân hủy bùn cặn được tăng cường khi bùn
được khuấy trộn.
 Bể lắng 2 vỏ: Được xây bằng gạch hoặc bêtông cốt thép hình tròn hay
chữ nhật, có đáy hình nón hay hình chóp cụt để chứa và phân hủy bùn
cặn. Bể lắng 2 vỏ có chức năng tương tự như bể tự hoại, nhưng có công
suất lớn hơn. Phía trên bể là các máng lắng đóng vai trò như bể lắng
ngang. Nước chuyển động chậm qua máng lắng. Bùn lắng theo khe
trượt xuống ngăn lên men, phân hủy và ổn đònh bùn cặn. Bể lắng 2 vỏ
được sử dụng cho các công trình xử lý nước thải sinh hoạt có công suất
nhỏ và trung bình (Q < 10000m
3
/ngày đêm). Bùn cặn lưu tron bể từ 1 –
6 tháng. Hiệu suất lắng từ 55 – 60 %. Tất cả các trạm xử lý nước thải
và công nghiệp đều có thể sử dụng công trình này.
 Bể metan: được xây bằng bêtông cốt thép hình trụ, đáy và nắp hình
nón. Bể được sử dụng để phân hủy cặn lắng từ bể lắng I & II cũng như
bùn hoạt tính dư của trạm xử lý nước thải. Ngoài ra, bể còn được dùng
để phân hủy rác nghiền, phế thải rắn hữu cơ. Các trạm xử lý nước thải
đều có thể sử dụng công trình này.

 Bể UASB – bể bùn kỵ khí dòng chảy ngược : được sử dụng rộng rãi
để xử lý các loại nước thải của các nhà máy công nghiệp thực phẩm.
Bùn được xả ra khỏi bể UASB từ 3 – 5 năm/lần nếu nước thải đưa vào
đã qua bể lắng I, hoặc 3 – 6 tháng/lần nếu nước thải đưa vào xử lý trực
tiếp. Bể được sử dụng để xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao.
 Ưu điểm: chi phí đầu tư, vận hành thấp, lượng hóa chất cần bổ
sung ít, không đòi hỏi cấp khí, do đó, ít tiêu hao năng lượng, có
thể thu hồi tái sử dụng năng lượng từ biogas, lượng bùn sinh ra ít,
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 22

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
cho phép vận hành với tải trọng hữu cơ cao, giảm diện tích công
trình.
 Khuyết điểm: giai đoạn khởi động kéo dài, dễ bò sốc tải khi chất
lượng nước vào biến động. Bò ảnh bởi các chất độc hại. Khó hồi
phục sau thời gian ngừng hoạt động.
3.2.2.2.Phương pháp hiếu khí
Nguyên tắc của công nghệ này là sử dụng các vi sinh vật hiếu khí phân
hủy các chất hữu cơ trong nước thải có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH …
thích hợp. Quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí có thể mô
tả bằng sơ đồ:
(CHO)
n
NS + O
2
 CO
2
+ H
2
O + NH

4
+
+ H
2
S + tế bào vi sinh vật + …ΔH.
Trong điều kiện hiếu khí NH
4
+
và H
2
S cũng bò phân hủy nhờ quá trình nitrat
hóa, sunfat hóa bởi vi sinh vật tự dưỡng:
NH
4
+
+ 2O
2
 NO
3-
+ 2H
+
+ H
2
O + ΔH ; H
2
S + 2O
2
 SO
4
2-

+ 2H
+
+ ΔH
Hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí bao gồm quá trình dò dưỡng: vi
sinh vật sử dụng các chất hữu cơ, các chất dinh dưỡng và các nguyên tố
khoáng vi lượng kim loại để xây dựng tế bào mới tăng sinh khối và sinh sản.
Quá trình phân hủy: vi sinh vật oxy hóa cac chất hữu cơ hòa tan hoặc ở dạng
các hạt keo phân tán nhỏ thành nước và CO
2
hoặc tạo ra các chất khí khác.
So với công nghệ kỵ khí thì công nghệ hiếu khí có các ưu điểm là những
hiểu biết về quá trình xử lý đầy đủ hơn, hiệu quả xử lý cao hơn. Công nghệ
hiếu khí không gây ô nhiễm thứ cấp như phương pháp hóa học, hóa lý.
Nhưng công nghệ hiếu khí cũng có các nhược điểm: là thể tích công trình
lớn và chiếm nhiều mặt bằng. Chi phí xây dựng công trình và đầu tư thiết bò
lớn hơn. Chi phi vận hành, đặc biệt chi phí cho năng lượng sục khí tương đối
lớn. Không có khả năng thu hồi năng lượng. Không chòu được những thay đổi
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 23

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
đột ngột về tải trọng hữu cơ. Sau xử lý sinh ra một lượng bùn dư lớn và lượng
bùn này kém ổn đònh, do đó đòi hỏi chi phí đầu tư để xử lý bùn.
• Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình sinh học hiếu khí
 Lượng oxy hòa tan trong nước là đủ khi nước thải ra khỏi bể lắng II có
nồng độ oxy hòa tan là 2mg/l.
 Thành phần dinh dưỡng đối với vi sinh vật
Trong nước thải, thành phần dinh dưỡng chủ yếu là nguồn cacbon ( được
gọi là cơ chất hoặc chất nền được thể hiện bằng BOD). Ngoài BOD, cần lưu ý
đến 2 thành phần khác : nguồn Nitơ ( thường ở dạng NH
4

+
) và nguồn phospho
(ở dạng muối phosphat) là những chất dinh dưỡng tốt nhất đối với vi sinh vật.
Vi sinh vật phát triển còn cần tới một loạt các chất khoáng khác, như Mg, K,
Ca, Mn, Fe, Co…
Tỉ lệ các chất dinh dưỡng cho xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí
như sau: BOD: N: P = 100 : 5 : 1. Tỉ số này thường chỉ đúng cho 3 ngày đầu.
Trong thời gian này vi sinh vật trong Aerotank phát triển mạnh và bùn hoạt
tính cũng được tạo thành nhiều nhất ( nhất là 1 – 2 ngày đầu tiên). Còn quá
trình xử lý kéo dài thì tỉ lệ này cần là 200 : 5 : 1 ( thời gian xử lý có thể tới 20
ngày). Để cân đối dinh dưỡng có thể dùng các muối amon và phosphat bổ
sung vào nước thải để tăng nguồn N và P.
 Nồng độ cho phép của chất bẩn hữu cơ
Các loại nước thải có thể xử lý bằng Aerotank có lượng BOD vào khoảng
500mg/l, còn trường hợp cao hơn ( không quá 1000mg/l), phải xử lý bằng
Aerotank khuấy trộn là hoàn chỉnh. Nếu BOD cao quá mức trên đây thì ta
phải pha loãng bằng nước được quy ước là sạch ( như nước sông, hồ không bò
ô nhiễm) hoặc nước đã qua xử lý có lượng BOD ở dòng ra thấp. Cũng có thể
phải qua xử lý kỵ khí trước khi xử lý hiếu khí.
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 24

Đồ án tốt nghiệp GVHD:Th.S VÕ HỒNG THI
 Các chất có độc tính ở trong nước thải
Để đảm bảo cho bùn hoạt tính được tạo thành và hoạt động bình thường
trong nước thải cần phải xác đònh xem nước thải làm môi trường dinh dưỡng
để nuôi vi sinh vật có thích hợp không, có kìm hãm, ức chế đến sinh trưởng và
tăng sinh khối của chúng hay không?
 pH của nước thải
pH của nước thải có ảnh hưởng nhiều đến các quá trình hóa sinh của vi
sinh vật, quá trình tạo bùn và lắng. Nói chung, pH thích hợp cho xử lý nước

thải ở Aerotank là 6,5 – 8,5.
 Nhiệt độ
Nhiệt độ nước thải trong Aerotank có ảnh hưởng rất lớn đến hoạt động
sống của vi sinh vật. Hầu hết các vi sinh vật có trong nước thải có thể là ưa
ấm ( Mesophile ): chúng có nhiệt độ sinh trưởng tối đa là 40
0
C và tối thiểu là
5
0
C. Vì vậy, nhiệt độ xử lý nước thải chỉ trong khoảng 6 – 37
0
C, tốt nhất là 15
– 35
0
C.
 Nồng độ các chất lơ lửng ( SS ) ở dạng huyền phù
Nếu nồng độ các chất lơ lửng không quá 100mg/l thì loại hình xử lý thích
hợp là bể lọc sinh học và nồng độ không quá 150mg/l là xử lý bằng Aerotank
sẽ cho hiệu quả phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn là cao nhất.
Đối với những nước thải có hàm lượng chất rắn lơ lửng quá cao cần phải
qua lắng I trong giai đoạn xử lý sơ bộ một cách đầy đủ để có thể loại bỏ vẩn
cặn lớn và một phần các chất rắn lơ lửng.
• Các công trình sinh học hiếu khí
 Bể phản ứng hiếu khí (Aerotank): là quá trình xử lý sinh học hiếu khí,
trong đó nồng độ cao của vi sinh vật mới được tạo thành được trộn đều
SVTH: Nguyễn Thò Kim Hải Trang 25