Nghiên cứu sử dụng COD trong nước thải sinh hoạt phân tán bằng tổ hợp kỵ khí thiếu khí hiếu khí

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thiện chương trình Đại học và thực hiện tốt khóa luận tốt
nghiệp, em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn nhiệt tình của các quý Thầy,
Cô của trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2 và các Thầy, Cô của Viện Hàn
Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Em xin chân thành cảm ơn Thạc sĩ Lê Cao Khải đã giành thời gian và
tâm huyết để hướng dẫn em thực hiện tốt khóa luận tốt nghiệp này.
Đồng thời, em xin cảm ơn đến Ban giám hiệu trường Đại học Sư Phạm
Hà Nội 2 và các Thầy, Cô trong Khoa Hóa Học đã tạo điều kiện tốt nhất để
em học tập và hoàn thiện tốt khóa học.
Em xin cảm ơn các anh, chị, các thầy cô thuộc Viện Công Nghệ Môi
Trường – Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện
cho em thực hành tại đây để hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này.
Em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp theo đúng tiến độ của nhà trường
đề ra với cố gắng và sự nhiệt tình của bản thân. Tuy nhiên, do thời gian hạn
hẹp, các vấn đề nghiên cứu rộng và phức tạp, em vẫn không tránh khỏi những
thiếu sót. Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn
để khóa luận được đầy đủ hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, Ngày 20 tháng 05 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Phạm Thị Thanh Hoài

Phạm Thị Thanh Hoài

Lớp K35C - CN Hóa

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1 : Khối lượng chất bẩn có trong nước thải sinh hoạt, g/người.ngày
......................................................................................................................... 4
Bảng 2 : Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về nước thải ........................................ 12
Bảng 3 : Đặc trưng của nước thải nghiên cứu................................................. 34
Bảng 4 : Kết quả thí nghiệm phân tích COD .................................................. 45

Phạm Thị Thanh Hoài

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Sơ đồ công nghệ JKS ......................................................................... 8
Hình 2: Sơ đồ xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO ..................... 11
Hình 3: Sơ đồ dây chuyền công nghệ với MBR ............................................. 13
Hình 4: Sơ đồ kiểu đặt ngập và kiểu đặt ngoài của môđun màng MBR ........ 13
Hình 5: Sơ đồ công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt Biofilter ............................... 14
Hình 6: Sơ đồ phân loại các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt phân tán
bằng phương pháp sinh học ............................................................................ 17
Hình 7: Sơ đồ hệ thiết bị thí nghiệm ............................................................... 32

Hình 8: Ảnh hưởng của COD vào, ra và hiệu suất xử lý COD ở bể thiếu khí
......................................................................................................................... 35
Hình 9: Ảnh hưởng của COD vào, ra và hiệu suất xử lý COD ở bể kỵ khí
......................................................................................................................... 36
Hình 10: Ảnh hưởng của COD vào, ra và hiệu suất xử lý COD ở bể hiếu khí
......................................................................................................................... 37
Hình 11:Ảnh hưởng của COD vào, ra và hiệu suất xử lý COD tổng ............. 38
Hình 12: Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý COD tổng ................ 39

Phạm Thị Thanh Hoài

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
AAO

Thiết bị công nghệ yếm khí, thiếu khí, hiếu khí

BOD

Nhu cầu oxy sinh học

BOD0

Nhu cầu oxy sinh học (ngày đầu tiên)

BOD20

Nhu cầu oxy sinh học (20 ngày)

BOD5

Nhu cầu oxy sinh học (5 ngày)

COD

Nhu cầu oxy hóa học

DO

Chỉ số oxy hòa tan

MBR

Thiết bị công nghệ màng lọc sinh học

QCVN 14/2008/BTNMT Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về nước thải sinh
hoạt
SS

Hàm lượng chất rắn lơ lửng

TCVN 6772-2000

Tiêu chuẩn quốc gia về nước thải sinh hoạt

UASB

Mô hình bể yếm khí

VSV

Vi sinh vật

Phạm Thị Thanh Hoài

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
SINH HOẠT PHÂN TÁN .........................................................................................3
1.1. Tổng quan về nước thải sinh hoạt phân tán ................................................3
1.1.1. Nguồn phát sinh nước thải sinh hoạt.......................................................3
1.1.2. Các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng của nước thải sinh hoạt phân tán ........3
1.1.2.1. Các chất rắn trong nước thải ...............................................................3
1.1.2.2. Các hợp chất hữu cơ trong nước thải ...................................................4
1.2. Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phân tán ....................5
1.2.1. Các phương pháp được ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt ............5
1.2.2.Một số mô hình công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phân tán ..............8

1.2.2.1. Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại nguồn bằng công nghệ
(JOHKASOU)- JKS ......................................................................................................8
1.2.2.1.Công nghệ AAO và MBR .......................................................................10
1.2.2.2. Công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt BIOFILTER .....................................14
1.3. Tổng quan về phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt phân tán
bằng phương pháp sinh học ......................................................................................16
1.3.1. Quá trình xử lý sinh học hiếu khí ............................................................17
1.3.1.1. Các phương pháp xử lý sinh học hiếu khí tự nhiên ..............................17
1.3.1.2. Các phương pháp xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo .............................18
1.3.2. Quá trình xử lý sinh học kỵ khí ................................................................20
1.3.2.1. Quá trình xử lý sinh học kỵ khí nhân tạo ..............................................20
1.3.2.2. Quá trình xử lý sinh học kỵ khí tự nhiên...............................................23
1.3.2.3. Quá trình xử lý sinh học hiếu khí kết hợp kỵ khí ..................................23
1.3.3. Quá trình xử lý sinh học thiếu khí ...........................................................24
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................25
2.1. Đối tượng và mục đích nghiên cứu...............................................................25
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu ...............................................................................25
Phạm Thị Thanh Hoài

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

2.1.2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................25
2.2. Phương pháp nghiên cứu ..............................................................................25
2.2.1. Cơ sở lý thuyết ...........................................................................................25
2.2.2. Phạm vi ứng dụng .....................................................................................28

2.2.3. Nguyên tắc .................................................................................................28
2.2.4. Hóa chất – dụng cụ ...................................................................................29
2.2.5. Cách tiến hành ..........................................................................................30
2.2.6. Tính toán ....................................................................................................31
2.3. Phương pháp thực nghiệm ...........................................................................32
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .................................................................34
3.1. Đặc trưng của nước thải sinh hoạt trong nghiên cứu.................................34
3.2. Ảnh hưởng của tải lượng COD đến hiệu quả xử lý COD ..........................34
3.2.1. Ảnh hưởng cua tải lượng COD đến hiệu suất xử lý COD ở bể
thiếu khí .......................................................................................................................35
3.2.2. Ảnh hưởng cua tải lượng COD đến hiệu suất xử lý COD ở bể kỵ
khí.................................................................................................................................36
3.2.3. Ảnh hưởng cua tải lượng COD đến hiệu suất xử lý COD ở bể
hiếu khí ........................................................................................................................37
3.2.4. Ảnh hưởng cua tải lượng COD đến hiệu suất xử lý COD tổng..............38
3.3. Ảnh hưởng của dòng tuần hoàn đến hiệu quả xử lý COD .........................39
3.3.1. Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý COD ở bể thiếu
khí.................................................................................................................................39
3.3.2. Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý COD ở bể kỵ khí ........40
3.3.3. Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý COD ở bể hiếu
khí.................................................................................................................................40
3.3.4. Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý COD tổng ...................41
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................42
KẾT LUẬN ............................................................................................................42
KIẾN NGHỊ ...........................................................................................................42
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................43
Phạm Thị Thanh Hoài

Lớp K35C - CN Hóa

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

PHỤ LỤC ....................................................................................................................45
Kết quả phân tích nước thải ....................................................................................45
MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM .................................................................47

Phạm Thị Thanh Hoài

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

MỞ ĐẦU
Phát triển bền vững kinh tế – xã hội – môi trường là mục tiêu hướng tới
hàng đầu của hầu hết các quốc gia hiện nay. Tuy nhiên, việc phát triển kinh tế
mạnh mẽ lại đi đôi với việc phát sinh các nguồn gây ô nhiễm làm suy thoái
môi trường. Hiện nay, ở Việt Nam chúng ta vẫn chưa tìm ra các phương pháp
tối ưu cho việc bảo vệ môi trường. Nguồn gây ô nhiễm môi trường không chỉ
phát sinh do các hoạt động công nghiệp mà còn từ chính cuộc sống sinh hoạt
hằng ngày của con người.
Với việc gia tăng dân số như hiện nay thì sự suy thoái môi trường là
điều tất yếu. Dân số tăng nhanh kéo theo nhiều vấn đề như đất đai, nguồn
thực phẩm, nguồn nước và lượng nước thải phát sinh trong sinh hoạt ngày
càng tăng. Đây cũng chính là mối đe dọa trầm trọng đối với môi trường. Nước

thải sinh hoạt có chứa lượng lớn các chất hữu cơ, vô vơ vừa có lợi cũng vừa
có hại đối với môi trường. Nếu chúng ta không có các biện pháp xử lý các
chất có hại đó thì theo thời gian chúng sẽ làm ô nhiễm đến nguồn nước mặt
cũng như nguồn nước ngầm, từ đó mà ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của
con người.
Ở Việt Nam hiện nay, sự phát triển kinh tế đi kèm sự phát triển về mặt
xã hội, nhu cầu về cuộc sống của con người ngày càng được nâng cao. Do đó
mà các khu đô thị và khu dân cư mọc lên ngày càng nhiều kèm theo sự phát
triển của ngành công nghiệp dịch vụ. Nguồn nước thải từ các khu đô thị và
khu du lịch hầu hết đều chưa được xử lý triệt để gây ô nhiễm môi trường. Do
vậy mà việc nghiên cứu các công trình xử ký nước thải sinh hoạt phân tán là
một việc làm cần thiết.

Phạm Thị Thanh Hoài

1

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Các chỉ số để đánh giá nguồn nước thải bao gồm chỉ số oxy hòa tan
DO, nhu cầu oxy sinh học BOD, nhu cầu oxy hóa học COD, tổng lượng chất
rắn hòa tan SS….. Trong đó chỉ số oxy hóa học COD là một chỉ số rất quan
trọng. Trong hóa học môi trường, chỉ tiêu và thử nghiệm nhu cầu oxy hóa
học (COD - viết tắt từ tiếng Anh: chemical oxygen demand) được sử dụng
rộng rãi để đo gián tiếp khối lượng các hợp chất hữu cơ có trong nước. Phần

lớn các ứng dụng của COD xác định khối lượng của các chất ô nhiễm hữu
cơ tìm thấy trong nước bề mặt (ví dụ trong các con sông hay hồ), làm cho
COD là một phép đo hữu ích về chất lượng nước. Nó được biểu diễn theo đơn
vị đo là miligam trên lít (mg/L), chỉ ra khối lượng oxy cần tiêu hao trên một
lít dung dịch.
Việc xây dựng mô hình nghiên cứu xử lý COD trong việc xử lý nước
thải sinh hoạt phân tán sẽ góp phần làm môi trường xanh – sạch – đẹp là một
việc làm vô cùng cần thiết. Đó là lí do chính để em chọn đề tài : “Nghiên cứu
xử lý COD trong nước thải sinh hoạt phân tán bằng tổ hợp kỵ khí – thiếu
khí – hiếu khí”

Phạm Thị Thanh Hoài

2

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
NƯỚC THẢI SINH HOẠT PHÂN TÁN
1.1. Tổng quan về nước thải sinh hoạt
1.1.1. Nguồn phát sinh nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là nước đã được dùng cho các mục đích ăn uống,
sinh hoạt, tắm rửa, vệ sinh nhà cửa,... của các khu dân cư, công trình công
cộng, cơ sở dịch vụ,... Như vậy, nước thải sinh hoạt được hình thành trong

quá trình sinh hoạt của con người. Một số các hoạt động dịch vụ hoặc công
cộng như bệnh viện, trường học, bếp ăn,.. cũng tạo ra các loại nước thải có
thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt.
Thông thường nước thải sinh hoạt chia làm 2 loại chính : Nước đen và
nước xám
- Nước đen là nước thải từ các nhà vệ sinh, chứa phần lớn các chất ô
nhiễm chủ yếu là các chất hữu cơ, các vi sinh vật gây bệnh và các cặn lơ lửng.
- Nước xám là nước phát sinh từ quá trình tắm, rửa, giặt giũ với thành
phần các chất ô nhiễm không đáng kể.
Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là hàm lượng chất hữu cơ cao (5565% tổng lượng chất bẩn), chứa nhiều vi sinh vật có cả vi sinh vật gây bệnh,
vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hóa trong
nước thải.
1.1.2. Các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng trong nước thải sinh hoạt
1.1.2.1. Các chất rắn trong nước thải
Phạm Thị Thanh Hoài

3

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Nước thải là hệ đa phân tán bao gồm nước và các chất bẩn. Các nguyên
tố chủ yếu có trong thành phần của nước thải sinh hoạt là C, H, O, N với công
thức trung bình C12H26O6N.
Các chất bẩn trong nước thải gồm cả vô cơ và hữu cơ, tồn tại dưới dạng
cặn

lắng, các chất rắn không lắng được là các chất hòa tan và dạng keo.
Bảng 1 : Khối lượng chất bẩn có trong nước thải sinh hoạt, g/người. ngày
Chất rắn không

Thành phần

Cặn lắng

Hữu cơ

30

10

50

90

Vô cơ

10

5

75

90

Tổng cộng

40

15

125

180

lắng

Chất hòa tan Tổng cộng

Tổng chất rắn là thành phần vật lý đặc trưng của nước thải. Các chất
rắn không hoà tan có hai dạng: chất rắn keo và chất rắn lơ lửng.
Chất rắn lơ lửng (SS) được giữ lại trên giấy lọc kích thước lỗ 1,2
micromet (bao gồm chất rắn lơ lửng lắng được và chất rắn lơ lửng không lắng
được).
1.1.2.2. Các hợp chất hữu cơ trong nước thải
Trong nước thiên nhiên và nước thải tồn tại nhiều tạp chất hữu cơ
nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo: protein, hợp chất hữu cơ chứa nitơ, các loại
phụ gia thực phẩm, chất thải của người và động vật, ...
Các hợp chất hữu cơ có thể tồn tại dưới các dạng hòa tan, keo, không
tan, bay hơi, không bay hơi, dễ phân hủy, khó không hủy,... Phần lớn các chất
Phạm Thị Thanh Hoài

4

Lớp K35C - CN Hóa

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

hữu cơ trong nước đóng vai trò là cơ chất đối với vi sinh vật. Nó tham gia vào
quá trình dinh dưỡng và tạo ra năng lượng cho vi sinh vật.
Xác định riêng rẽ từng loại chất hữu cơ là rất khó và tốn kém, vì vậy
người ta thường xác định tổng các chất hữu cơ. Các thông số thường được
chọn là: TOC, DOC, COD, BOD. Trong nước thải đô thị và một số loại nước
thải công nghiệp, các chất hữu cơ chủ yếu là cacbonhydrat (CHO).
Việc xác định riêng biệt các thành phần hữu cơ riêng biệt là khó khăn,
người ta thường xác định tổng các chất hữu cơ thông qua chỉ tiêu COD, BOD.
Thường giá trị BOD nhỏ hơn nhiều giá trị COD do không phải bất kỳ chất
nào oxy hóa cũng chuyển thành CO2.
Nhu cầu oxy hóa sinh hóa BOD là lượng oxy yêu cầu để vi khuẩn oxy
hóa các chất hữu cơ có trong nước thải. Trong thời gian 5 ngày đầu với 20 0C
vi khuẩn hiếu khí sử dụng oxy để oxy hóa các chất hữu cơ C-BOD, sau đó
trong điều kiện dư oxy các loại vi khuẩn nitrit, nitrat bắt đầu hoạt động để oxy
hóa các hợp phần nitơ thành nitrit và nitrat N-BOD.
Giữa đại lượng COD, BOD có mối quan hệ với nhau và liên hệ theo
một tỉ lệ phụ thuộc vào loại nước thải, nước nguồn và cả trong quá trình xử lý.
Thường CODCr2O72-: BOD0: CODMnO4- : BOD5 = 0,95: 0,71: 0,65:
0,48.
1.2. Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phân tán
1.2.1. Các phương pháp được ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt
Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay được chia thành:
- Phương pháp cơ học: được sử dụng để tách các tạp chất không hòa tan
và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải. Các công trình xử lý cơ
Phạm Thị Thanh Hoài

5

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

học bao gồm: thiết bị chắn rác, nghiền rác, bể điều hòa, bể lắng, lọc, vớt dầu
mỡ, …
- Phương pháp hóa lý: có bổ sung thêm hóa chất từ ngoài vào, bao gồm
phương pháp keo tụ tạo bông, trung hòa, tuyển nổi, hấp thụ, hấp phụ, trao đổi
ion, oxy hóa khử, phương pháp điện hóa, …
- 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
kỵ khí (không có oxy), thiếu khí và hiếu khí (bổ sung thêm oxy từ ngoài vào).
Hiện nay, việc kết hợp các phương pháp xử lý một cách khoa học giúp
mang lại hiệu quả cao trong xử lý nước thải, giảm chi phí đầu tư, vận hành…
Căn cứ đặc tính đầu vào và đầu ra của nước thải sinh hoạt mà hiện nay
trên thế giới nói 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.
+ Loại bỏ vật lơ lửng có kích thước lớn trong nước thải: Gỗ, vỏ, hoa
quả…
+ Loại bỏ cặn nặng như cát, mảnh kim loại, thủy tinh…
+ Loại bỏ phần lớn dầu mỡ.
Trong tiền xử lý có các bước sau:

+ Song chắn rác thô: Loại bỏ rác có kích thước lớn và đặt phía trước
đường ống khi vào hệ thống xử lý.

Phạm Thị Thanh Hoài

6

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

+ Song chắn rác tinh: Loại bỏ cặn có kích thước nhỏ hơn những loại
cặn này thường gây tắc nghẽn hệ thống phân phối khí và các thiết bị làm
thoáng cho các bước sau.
- 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.
Trong bước xử lý sơ bộ thường qua các giai đoạn sau:
+ Bể lắng cát và vớt dầu mỡ thường đặt sau song chắn rác thô và
trước bể điều hòa để loại bỏ cặn thô như cát, sỏi… để bảo vệ các thiết bị cơ
khí dễ bị mài mòn.
+ Bể điều hòa: Dùng để điều hòa lưu lượng cũng như nồng độ nước
thải. Trong bể có hệ thống khuấy trộn để đảm bảo hòa tan và san đều nồng độ
các chất bẩn trong thể tích toàn bể không cho cặn lắng trong bể.
- 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.
Có rất nhiều công nghệ khác nhau được áp dụng cho bước xử lý sinh
học nước thải như dùng bể thổi khí liên tục (aeroten) bể SBR công nghệ kết
hợp quá trình thiếu khí và hiếu khí (AO) …
Xử lý bùn cặn trong nước thải: Trong nước thải có các chất không hòa
tan như cát, cặn lắng… được phơi khô hoặc ép làm giảm thể tích và vận
chuyển về bãi chôn lấp.

Phạm Thị Thanh Hoài

7

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Giai đoạn khử trùng: Nhằm tiêu diệt vi sinh vật có hại là giai đoạn bắt
buộc với một số loại nước thải nhằm đảm bảo nước khi thải ra ngoài không
gây hại đến môi trường.
Xử lý mùi phát tán: Mùi sinh ra ở các bể thu gom nước thải ban đầu
được thu gom và xử lý qua tháp hấp phụ trước khi thải vào môi trường không
khí.
1.2.2 Một số mô hình công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phân tán
1.2.2.1 Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại nguồn bằng công nghệ
(JOHKASOU)-JK

Máy cấp khí

Nước
thải
sinh

Chất dinh dưỡng

Tách

Ngăn

Màng

Rác

điều

vi lọc

hòa

hoạt

Ngăn

Nitrat

Ngăn

phản

hóa và

khử

Nitrat

lọc sinh

trùng

hóa

học

Ngăn chứa bùn
Hình 1. Sơ đồ công nghệ JKS
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: JKS cải tiến gồm có 5 ngăn (bể)
chính:

Phạm Thị Thanh Hoài

8

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

* Ngăn thứ nhất (bể lọc kỵ khí): Tiếp nhận nguồn nước thải, sàng lọc
các vật liệu rắn, kích thước lớn (giấy vệ sinh, tóc,...), đất, cát có trong nước
thải.
* Ngăn thứ hai (bể lọc kỵ khí): Loại trừ các chất rắn lơ lửng bằng quá
trình vật lý và sinh học.
* Ngăn thứ ba (bể lọc màng sinh học): Loại trừ BOD, loại trừ Nitơ,
Photpho bằng phương pháp màng sinh học.
* Ngăn thứ tư: Bể trữ nước đã xử lý.
* Ngăn thứ năm (bể khử trùng): Diệt một số vi khuẩn bằng Clo khô,
thải nước xử lý ra ngoài.
Chất lượng xử lý nước thải được quyết định ở ngăn thứ ba phụ thuộc
vào chất liệu màng sinh học được sử dụng. Chất lượng màng sinh học càng
cao thì hiệu quả xử lý và gía thành JKS càng cao. Kỹ thuật màng lọc cao cho
phép xử lý gần như triệt để các thành phần trong nước thải, nước thải sau xử
lý có BOD 2.3mg/l, N 8mg/l, tổng chất rắn lơ lửng TSS < 5mg/l, tổng khuẩn
Ecoli < 100 tế bào/l. Tuy nhiên, việc sử dụng màng sinh học dễ dẫn đến tắc
màng lọc và hệ thống này cần phải súc rửa 3 tháng một lần. Trong trường hợp
này nước thải có thể được tái sử dụng để thực hiện quá trình súc rửa.
Hệ thống JKS cải tiến cần phải được cung cấp điện năng liên tục cho
quá trình vận hành. Ðiện năng giúp vận hành bơm khí, ổn định dòng chảy, và
duy trì tuần hoàn hệ thống nước thải. Ðiện năng tiêu thụ cho một hệ thống
JKS cho một gia đình 5- 10 người vào khoảng 350 đến 500kW/năm phụ thuộc
vào từng loại JKS.
Bã lắng đọng (bùn lắng) trong hệ thống JKS cần phải được hút (ít nhất
1 lần trong 1 năm) và xử lý. Trung bình một hộ gia đình (5-10 người, nước
Phạm Thị Thanh Hoài

9

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

tiêu thụ 250 lít/người/ngày), tổng lượng bã trong 1 năm vào khoảng 58.8 kg
(trọng lượng khô). Xe tải chuyên dụng (trọng tải 2- 4 tấn) được sử dụng cho
việc hút bã. Bã lắng đọc sau khi được hút vào xe rồi được chuyên chở tới trạm
xử lý bã lắng đọng. Sản phẩm sau quá trình xử lý là chất rắn sinh học được sử
dùng làm khí sinh học, vật liệu composit, sản suất phân bón hoặc xi măng.
Ưu điểm khi sử dụng công nghệ JKS :
- Hệ thống gọn nhẹ, độ bền cao, sử dụng an toàn theo tiêu chuẩn Nhật
Bản.
- Thể tích của hệ thống Johkasou chỉ bằng 70% thể tích của bể tự hoại
cho cho cùng số người sử dụng.
- Vị trí lắp đặt: bên ngoài toà nhà hoặc trong gara xe, được chôn ngầm
dưới đất, không tốn về diện tích.
- Lắp đặt dễ dàng, thời gian lắp đặt ngắn.
- Bùn lắng được thu gom triệt để.
- Nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn Nhật Bản – Cao hơn tiêu chuẩn
TCVN 6772-2000 và QCVN 14/2008/BTNMT.
- Chi phí xây dựng phù hợp.
1.2.2.2. Công nghệ AAO và MBR
AAO và MBR là công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
kết hợp với quá trình lọc màng để tách sinh khối, cặn lơ lửng. Trong đó:
- AAO là sự kết hợp nhiều quá trình xử lý ô nhiễm hữu cơ bằng vi sinh
vật trong các điều kiện yếm khí (anaerobic), thiếu khí (anoxic) và hiếu

khí (oxic), nhờ đó mà các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải được xử lý
triệt để hơn.
Phạm Thị Thanh Hoài

10

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Hệ thống thu gom nước thải
Dòng tuần hoàn
Bể thiếu khí

Bể kỵ khí
Tuần hoàn bùn
Sục khí

Bể hiếu khí
Bể lắng
Nước thải đầu ra

Hình 2. Sơ đồ xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO
- MBR (Membrane Biological Reactor) là kỹ thuật tách sinh khối vi
khuẩn bằng màng vi lọc với kích thước màng dao động từ 0.1 – 0.4µm.
Công nghệ AAO và MBR bao gồm hai quá trình chính xảy ra trong
một bể phản ứng đó là:

- Phân huỷ sinh học các chất hữu cơ bằng bùn hoạt tính, quá trình nitrat
hóa, khử nitrat và loại bỏ photpho nhờ sự kết hợp giữa các bể yếm khí, thiếu
khí và hiếu khí
- Kỹ thuật tách sinh khối vi khuẩn bằng màng vi lọc (micro-flitration).
Trong bể duy trì hệ bùn sinh trưởng lơ lửng, các phản ứng diễn ra tại đây
giống như các quá trình sinh học thông thường khác, nước sau xử lý được
tách bùn bằng hệ lọc màng với kích thước màng khoảng 0.1 – 0.4 µm. Màng
ở đây còn đóng vai trò như một giá thể cho vi sinh vật dính bám tạo nên các

Phạm Thị Thanh Hoài

11

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

lớp màng vi sinh vật dày, làm tăng bề mặt tiếp xúc pha, tăng cường khả năng
phân hủy sinh học.
Công nghệ AAO và MBR được ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt
tại các khu đô thị, các nhà hàng, khách sạn… Nước thải đầu ra từ hệ thống
AAO và MBR đạt tiêu chuẩn xả thải của quy chuẩn Việt Nam như:
QCVN 14: 2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải
sinh hoạt, …
Bảng 2. Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt
Giới hạn cho phép
TT

Thông số ô nhiễm

Đơn vị

(QCVN 14:2008)
Mức A

Mức B

1

pH

Mg/l

5-9

5-9

2

BOD

Mg/l

30

50

3

Chất rắn lơ lửng

Mg/l

50

100

4

Tổng chất rắn hòa tan

Mg/l

500

1000

5

Sunfua (H2S)

Mg/l

1

4

6

Amoni ( tính theo nitơ)

Mg/l

5

10

Mg/l

30

50

7

Nitrat

Việc ứng dụng MBR - kết hợp giữa công nghệ lọc màng và bể lọc sinh
học như là một công đoạn trong quy trình xử lý nước thải có thể thay thế
(trong vài trường hợp) cho vai trò tách cặn của bể lắng bậc hai và bể lọc nước

Phạm Thị Thanh Hoài

12

Lớp K35C - CN Hóa

Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

đầu vào, do vậy có thể lược bỏ bể lắng bậc hai và vận hành với nồng độ
MLSS cao hơn. Sơ đồ công nghệ hình 3 và hình 4.
Nước
trước khi

Hệ thống

Bùn hoạt

màng lọc

tính

xử lý

Nước
ra

Bùn thải
Hình 3. Sơ đồ dây chuyền công nghệ với MBR
Khí
Nước thải
Màng lọc
Bể phản ứng sinh học
Kiểu đặt ngập

Khí

Nước thải
Màng lọc
Kiểu đặt ngoài
Bể phản ứng sinh học

Hình 4. Sơ đồ kiểu đặt ngập và kiểu đặt ngoài của môđun màng MBR
Kết hợp công nghệ AAO với MBR là một hướng xử lý nước thải mới,
cho hiệu quả cao và thân thiện với môi trường.
1.2.2.3. Công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt BIOFILTER
Phạm Thị Thanh Hoài

13

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

- Bể biophin xây dựng dưới dạng hình tròn hay hình chữ nhật có tường
đặc và đáy thép. Đáy trên là tấm đan đỡ lớp vật liệu lọc, đáy dưới liền khối
không thấm nước. Chiều cao giữa hai lớp đáy lấy khoảng 0.4 – 0.6m, độ dốc
hướng về máng thu I >= 0.01. Độ dốc theo chiều dài của máng thu lấy theo
kết cấu, nhưng không được nhỏ hơn 0.005. Tường bể làm cao hơn lớp vật liệu
lọc 0.5m.
Đặc điểm riêng của bể Biophin nhỏ giọt là kích thước của vật liệu lọc
không lớn hơn 25-30 mm và tải trọng tưới nước nhỏ 0.5-1.0 m3/( m3.VLL)

Hình 5. Sơ đồ công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt Biofilter
Các vật liệu lọc có độ rỗng và diện tích mặt tiếp xúc trong một đơn vị
thể tích là lớn nhất trong điều kiện có thể. Nước đến lớp vật liệu lọc chia
thành các dòng hoặc hạt nhỏ chảy thành lớp mỏng qua khe hở của vật liệu,
đồng thời tiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt vật liệu và được làm do vi
sinh vật của màng phân huỷ hiếu khí và kỵ khí các chất hữu cơ có trong nước.
Các chất hữu cơ phân huỷ hiếu khí sinh ra CO2 và nước, phân huỷ kỵ khí sinh
ra CH4 và CO2 làm tróc màng ra khỏi vật liệu mang, bị nước cuốn theo. Trên
Phạm Thị Thanh Hoài

14

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

mặt giá mang là vật liệu lọc lại hình thành lớp màng mới. Hiện tượng này
được lặp đi lặp lại nhiều lần. Kết quả là BOD của nước thải bị vi sinh vật sử
dụng làm chất dinh dưỡng và bị phân huỷ kỵ khí cũng như hiếu khí, nước thải
được làm sạch.
- Trong bể lọc sinh học nhỏ giọt, các vi sinh vật sinh trưởng cố định
trên lớp vật liệu lọc. Bể lọc hiện đại bao gồm một lớp vật liệu dễ thấm nước
với vi sinh vật dính kết trên đó. Nước thải đi từ trên xuống ngược dòng khí đi
từ dưới lên. Nước thải được phân bố đều trên bề mặt nguyên liệu lọc theo kiểu
nhỏ giọt hoặc phun tia. Lượng không khí cần thiết cho quá trình được cấp vào
nhờ quá trình thông gió tự nhiên qua bề mặt hở phía trên và hệ thống thu nước

phía dưới của bể lọc.
Bể lọc sinh học nhỏ giọt chia làm những loại sau:
+ Bể lọc vận tốc chậm: hình trụ hoặc hình chữ nhật, hiệu suất khử
BOD cao và cho ra nước thải chứa lượng nitrat cao. Tuy nhiên cần lưu ý đến
vấn đề mùi hôi và sự phát triển của Ruồi Psychoda. Nguyên liệu lọc là đá, sỏi,
xỉ.
+ Bể lọc vận tốc trung bình và nhanh: Hình tròn, lưu lượng nạp chất
hữu cơ cao hơn, nước thải được bơm hoàn lưu trở lại bể lọc và nạp liên tục,
việc hoàn lưu nước thải giảm vấn đề mùi hôi và sự phát triển của Ruồi
Psychoda. Nguyên liệu lọc là đá, sỏi, plastic.
+ Bể lọc cao tốc: có lưu lượng nạp nước thải và chất hữu cơ rất cao,
khác với bể lọc vận tốc nhanh ở điểm có chiều sâu cột lọc sâu hơn do nguyên
liệu lọc làm bằng plastic, nhẹ hơn sỏi.

Phạm Thị Thanh Hoài

15

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

+ Bể lọc thô: lưu lượng nạp chất hữu cơ lớn hơn 1.6kg/m3.ngày, lưu
lượng nước thải là 187 m3/m2.ngày bể lọc thô dùng để xử lý sơ bộ nước thải
trước giai đoạn xử lý thứ cấp.
+ Bể lọc hai pha: xử lý nước thải có hàm lượng chất ô nhiễm cao và
cần nitrat hoá đạm trong nước thải. Giữa hai bể lọc thường có bể lắng để loại

bỏ bớt chất rắn sinh ra trong bể lọc thứ nhất. Bể lọc thứ nhất dùng để khử
BOD của các hợp chất chứa cacbon, bể thứ hai chủ yếu cho quá trình nitrat
hoá.
1.3. Tổng quan về phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt phân tán 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 dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải.
- Cơ chế: 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.
Sản phẩm của các quá trình phân hủy này là khí CO2 , H2O, N2, ion
sulfite…
- Mục đích: Khử chất hữu cơ (COD, BOD).
- Ý nghĩa:
+ Chi phí thấp
+ Thân thiện với môi trường
+ Dễ vận hành
- Phân loại

Phạm Thị Thanh Hoài

16

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Hình 6 . Sơ đồ phân loại các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt

phân tán bằng phương pháp sinh học
1.3.1.Quá trình xử lý sinh học hiếu khí
- Là quá trình sử dụng vi sinh vật oxy hóa các chất oxy hóa trong điều
kiện có oxy.
- Gồm tự nhiên và nhân tạo.
1.3.1.1. Các phương pháp xử lý sinh học tự nhiên
*) Ao hồ sinh học hiếu khí

Phạm Thị Thanh Hoài

17

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

- Là loại ao nông 0.3 ÷ 0.5m có quá trình oxy hóa các chất bẩn hữu cơ
chủ yếu nhờ các VSV hiếu khí
- Nguyên lý hoạt động: Oxy từ không khí dễ dàng khuyếch tán vào
lớp nước phía trên và ánh sáng mặt trời chiếu rọi, làm tảo phát triển, tiến hành
quang hợp thải ra oxy.
*) Cánh đồng tưới và bãi lọc
- Thường sử dụng cho xử lý nước thải sinh hoạt do chứa N: P: K = 5:
1: 2 phù hợp cho phát triển thực vật.
- Nhằm xử lý nước thải đồng thời tận dụng nước thải làm nguồn phân
bón.
- Nguyên tắc hoạt động: dựa trên khả năng giữ cặn trên mặt đất, nước

thấm qua đất như đi qua lọc, trong đất chứa VSV hiếu khí với lượng oxy có
trong các lổ hổng và mao quản của lớp đất mặt.
1.3.1.2. Các phương pháp xử lý sinh học nhân tạo
*) Bể Aerotank
- Là các bể phản ứng sinh học được làm hiếu khí bằng cách thổi khí
nén và khuấy đảo cơ học làm cho VSV tạo thành các hạt bùn hoạt tính lơ lửng
trong khắp pha lỏng.
- Là công trình bê tông cốt thép hình chữ nhật hoặc hình tròn. Nước
thải chảy qua suốt chiều dài bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường
lượng oxy hòa tan và tăng cường quá trình oxy hóa chất bẩn hữu cơ có trong
nước.
- Nguyên lý làm việc: quá trình oxy hóa gồm 3 giai đoạn

Phạm Thị Thanh Hoài

18

Lớp K35C - CN Hóa