NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MBBR TRONG XỬ LÝ NITO NƯỚC THẢI SINH HOẠT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC YERSIN ĐÀ LẠT
KHOA KHOA HỌC MÔI TRƯỜNG
---------o0o----------

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MBBR
XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC
THẢI SINH HOẠT
SVTH : Lê Đức Anh
CBHD : Đào Vĩnh Lộc

Đà Lạt, tháng 5 năm 2012


KHÓA LUẬN ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC YERSIN ĐÀ LẠT

-------    ------Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: Đào Vĩnh Lộc
..........................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Cán bộ hướng dẫn khoa học 2:
..........................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
Cán bộ phản biện: ......................................................................................................
..........................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................
..................................................................................................................................

Khóa luận được thông qua
HỘI ĐỒNG CHẤM KHÓA LUẬN CỬ NHÂN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC YERSIN ĐÀ LẠT
Ngày . . . . . tháng . . . . năm …..


Đ

ể hoàn thành bài báo cáo luận văn này, dựa trên sự cố gắng rất nhiều
của bản thân em, nhưng không thể thiếu sự hỗ trợ của các thầy cô,
các anh chị tại đơn vị thực tập.

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến:
- Thầy Đào Vĩnh Lộc đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em thực hiện và hoàn
thành tốt bài luận văn.
- Các thầy cô Khoa Khoa Học Môi Trường, trường Đại học Yersin Đà Lạt đã
trang bị cho em nền tảng kiến thức về môi trường và nhiều lĩnh vực liên quan
khác.
- Các bạn sinh viên lớp Khoa Học Môi Trường khóa 05 đã động viên giúp đỡ
khi em gặp nhiều khó khăn.
- Bạn Lê Thị Minh đã giúp đỡ trong quá trình phân tích ở phòng thí nghiệm.
Em xin chân thành cám ơn và gửi đến thầy cô những lời chúc tốt đẹp nhất cả
trong cuộc sống và trong công tác.

SINH VIÊN THỰC HIỆN

LÊ ĐỨC ANH


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

BOD5............... Biochemical Oxygen Demand 5 days (Nhu cầu oxy sinh hóa)
BTNMT .......... Bộ tài nguyên môi trường
COD ................ Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa hóa học).
DO .................. Dissolved Oxygen (Oxy hòa tan)
F/M ................. Food/Microorganism (Tỷ lệ dinh dưỡng/vi sinh)
HRT ................ Hydraulic Retention Time (Thời gian lưu nước)
MBBR ............. Moving Bed Biofilm Reactor (Bể phản ứng sinh học giá thể di
động)
MLSS .............. Mixed Liquor Suspended Solids (Hỗn hợp chất rắn lơ lững)
NMXLNT ....... Nhà máy xử lý nước thải
OLR ................ Organic Loading Rate (Tải trọng chất hữu cơ)
QCVN ............. Quy chuẩn Việt Nam
PTN ................. Phòng thí nghiệm
TCXDVN ........ Tiêu chuẩn xây dựng Việt Nam
TKN ................ Total Kjeldahl Nitrogen (Tổng nitơ Kjeldahl)
TNHH ............. Trách nhiệm hữu hạn
TSS ................. Total Suspended Solid (Tổng chất rắn lơ lửng)


DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Lượng chất bẩn của một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước ........... 6

Bảng 1.2: Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư ........................................................... 6
Bảng 1.3: Các quá trình sinh học dùng trong xử lý nước thải ............................................... 11
Bảng 1.4: Một số giống vi khuẩn có trong bùn hoạt tính và chức năng của chúng ................ 15

Bảng 2.1: Ảnh hưởng các ion NH4+, NO2-, NO3- ...................................................... 22
Bảng 2.2 Yêu cầu xả thải đối với các nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt .................. 23
Bảng 2.3 Thông số Nitơ trong nước thải sinh hoạt .................................................... 24
Bảng 2.4 Các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải ............................................. 25
Bảng 2.5 Các phản ứng chuyển hóa sinh học Nitơ trong nước thải ........................... 29
Bảng 2.6 Thông số các loại giá thể Kaldnes ............................................................. 40
Bảng 2.7 Các giá trị điển hình theo tải trọng BOD .................................................... 48
Bảng 3.1 Thành phần nước thải sinh hoạt tại nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt ...... 51
Bảng 3.2 Các thông số đặc trưng của giá thể sử dụng trong đề tài ............................. 52
Bảng 3.3 Các thông số kiểm soát trong quá trình ...................................................... 55
Bảng 3.4 Thông số vận hành thí nghiệm thích nghi .................................................. 57
Bảng 3.5 Thông số vận hành thí nghiệm 1 ................................................................ 58
Bảng 3.6 Thông số vận hành thí nghiệm 2 ................................................................ 59
Bảng 3.7 Thông số vận hành thí nghiệm 3 ................................................................ 60
Bảng 3.8 Các chỉ tiêu phân tích từng vị trí ................................................................ 61
Bảng 3.9 Vị trí và tần suất lấy mẫu ........................................................................... 61
Bảng 3.10 Các phương pháp phân tích mẫu .............................................................. 62


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Nhà máy xử lý nước thải .............................................................................. 4
Hình 1.2: Thành phần các chất trong nước thải sinh hoạt ............................................ 7
Hình 2.1: Chu trình Nitơ trong tự nhiên .................................................................... 18
Hình 2.2: Ảnh hưởng của pH trong quá trình nitrat hóa ............................................ 31
Hình 2.3: Dây truyền xử lý nitơ (quá trình hậu phản)................................................ 38

Hình 2.4: Dâu truyền xử lý nitơ (quá trình tiền phản) ............................................... 38
Hình 2.5: Cấu tạo bể MBBR ..................................................................................... 39
Hình 2.6: Các loại giá thể thường dùng trong công nghệ MBBR .............................. 40
Hình 2.7: Màng biofilin trên giá thể .......................................................................... 41
Hình 2.8: Hệ thống màng biofilin theo lý thuyết ....................................................... 42
Hình 2.9: Mô tả sự khuyếch tán chất dinh dưỡng qua lớp màng biofilm ................... 43
Hình 2.10: Cơ chế trao đổi chất của lớp màng biofilm .............................................. 44
Hình 3.1: Sơ đồ bố trí mô hình thí nghiệm ................................................................ 52
Hình 3.2: Kích thước bể thiếu khí, hiếu khí và bể lắng ............................................. 53
Hình 3.3: Máy bơm tuần hoàn .................................................................................. 54
Hình 3.4: Máy thổi khí và môtơ khuấy ..................................................................... 54
Hình 3.5: Quy trình nội dung nghiên cứu .................................................................. 55
Hình 3.6: Mô hình dạng vận hành ............................................................................. 57
Hình 3.7: Các vị trí lấy mẫu ...................................................................................... 60
Hình 4.1: Chỉ số DO ở thí nghiệm thích nghi ............................................................ 63
Hình 4.2: Sự chuyển hóa pH ..................................................................................... 64
Hình 4.3: Hiệu quả xử lý COD ................................................................................. 65
Hình 4.4: Sự thay đổi DO theo thời gian ................................................................... 66


Hình 4.5: Sự chuyển hóa pH theo thời gian .............................................................. 67
Hình 4.6: Hiệu quả xử lý T-N ở thí nghiệm 1 ........................................................... 68
Hình 4.7: Hiệu quả xử lý T-N ở thí nghiệm 2 ........................................................... 69
Hình 4.8: Hiệu quả xử lý T-N ở thí nghiệm 3 ........................................................... 70
Hình 4.9: Hiệu quả xử lý T-N ................................................................................... 71
Hình 4.10: Hiệu quả xử lý N-NH3 ở thí nghiệm 1 ..................................................... 71
Hình 4.11: Hiệu quả xử lý N-NH3 ở thí nghiệm 2 ..................................................... 72
Hình 4.12: Hiệu quả xử lý N-NH3 ở thí nghiệm 3 ..................................................... 73
Hình 4.13: Hiệu quả xử lý N-NH3............................................................................. 73
Hình 4.14: Hình ảnh lớp màng biofilm ở giá thể trong bể thiếu khí .......................... 74

Hình 4.15: Hình ảnh lớp màng biofilm ở giá thể trong bể hiếu khí............................ 75
Hình 4.16: So sánh hiệu quả xử lý N-NH3 với QCVN 14:2008/BTNMT .................. 76


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
1. Đặt vấn đề ........................................................................................................... 1
2. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu ....................................................................... 2
2.1 Mục tiêu nghiên cứu .......................................................................................... 2
2.2 Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................ 2
3. Phạm vi và giới hạn đề tài.................................................................................... 3
4. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................................... 3
1.1 Tổng quan về khu vực nghiên cứu ..................................................................... 4
1.2 Tổng quan về nước thải sinh hoạt ...................................................................... 5
1.2.1 Sự hình thành nước thải sinh hoạt ................................................................... 5
1.2.2 Phân loại và thành phần nước thải sinh hoạt.................................................... 5
1.2.3 Tác hại của nước thải sinh hoạt ....................................................................... 7
1.3 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt ............................................ 8
1.3.1 Phương pháp cơ học ....................................................................................... 8
1.3.2 Phương pháp hóa học...................................................................................... 9
1.3.3 Phương pháp hóa lý ........................................................................................ 9
1.3.4 Phương pháp sinh học ..................................................................................... 9
1.3.4.1 Xử lý sinh học sinh trưởng lơ lửng ............................................................. 13
1.3.4.2 Xử lý sinh học sinh trưởng dính bám ......................................................... 16
2.1 Các dạng tồn tại của Nitơ trong môi trường .................................................... 18
2.1.1 Chu trình Nitơ trong tự nhiên ....................................................................... 18
2.1.2 Các dạng tồn tại của Nitơ trong nước thải .................................................... 19
2.2 Ảnh hưởng của Nitơ ........................................................................................ 20
2.2.1 Ảnh hưởng Nitơ đối với môi trường............................................................. 20
2.2.2 Ảnh hưởng của Nitơ đối sức khỏe cộng đồng............................................... 24

2.3 Các phương pháp xử lý Nitơ trong nước thải hiện nay .................................... 24
2.3.1 Tổng quan các phương pháp xử lý ................................................................ 24
2.3.2 Xử lý Nitơ bằng phương pháp sinh học ........................................................ 27
2.3.2.1 Quá trình Nitrat hóa ................................................................................... 30
2.3.2.2 Quá trình khử Nitrat ................................................................................... 32


2.3.2.3 Quá trình Anammox .................................................................................. 34
2.3.2.4 Dây chuyền công nghệ sinh học xử lý Nitơ ................................................ 37
2.4 Tổng quan về công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) ..................... 38
2.4.1 Công nghệ MBBR ....................................................................................... 38
2.4.2 Giá thể sinh học ............................................................................................ 40
2.4.3 Lớp màng biofilm ......................................................................................... 41
2.4.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng công nghệ MBBR ............... 47
2.4.5 Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ MBBR ............................................ 49
2.4.6 Các nghiên cứu ứng dụng khác nhau của công nghệ MBBR ......................... 50
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP VÀ VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU .......................... 51
3.1 Đối tượng nghiên cứu ...................................................................................... 51
3.1.1 Nước thải ...................................................................................................... 51
3.1.2 Bùn hoạt tính ................................................................................................ 51
3.1.3 Giá thể .......................................................................................................... 51
3.2 Mô hình nghiên cứu ......................................................................................... 52
3.2.1 Thiết kế mô hình ........................................................................................... 52
3.2.2 Kích thước của các bể ................................................................................... 53
3.2.3 Thông số kỹ thuật các thiết bị trong mô hình ................................................ 54
3.2.4 Thông số kiểm soát ....................................................................................... 54
3.3 Nội dung nghiên cứu ....................................................................................... 55
3.3.1 Sơ đồ nội dung nghiên cứu ........................................................................... 55
3.3.2 Quy trình thí nghiệm ..................................................................................... 56
3.3.2.1 Giai đoạn 1 (Thí nghiệm thích nghi) .......................................................... 56

3.3.2.2 Giai đoạn 2 (Thí nghiệm nghiên cứu hiệu quả xử lý Nitơ bằng công nghệ
MBBR với các tải trọng hữu cơ khác nhau) ........................................................... 57
3.3.2.2.1 Thí nghiệm 1 ........................................................................................... 58
3.3.2.2.2 Thí nghiệm 2 ........................................................................................... 59
3.3.2.2.3 Thí nghiệm 3 ........................................................................................... 59
3.4 Phương pháp lấy mẫu và phân tích .................................................................. 60
3.4.1 Lấy mẫu ........................................................................................................ 60
3.4.2 Phương pháp phân tích ................................................................................. 62
CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................... 63


4.1 Kết quả vận hành công nghệ MBBR ở thí nghiệm thích nghi ........................... 63
4.1.1 Chỉ số DO ..................................................................................................... 63
4.1.2 Chỉ số pH...................................................................................................... 64
4.1.3 Hiệu quả xử lý COD ..................................................................................... 65
4.2 Đánh giá hiệu quả xử lý Nitơ qua các tải trọng ............................................... 66
4.2.1 Chỉ tiêu DO .................................................................................................. 66
4.2.2 Chỉ tiêu pH ................................................................................................... 67
4.2.4 Hiệu quả xử lý Nitơ ...................................................................................... 68
4.2.4.1 Hiệu quả xử lý T-N thí nghiệm 1 ............................................................... 68
4.2.4.2 Hiệu quả xử lý Nitơ ở thí nghiệm 2 ........................................................... 69
4.2.4.3 Hiệu quả xử lý Nitơ ở thí nghiệm 3 ........................................................... 69
4.2.5 Hiệu quả xử lý N-NH3 .................................................................................. 71
4.2.5.1 Hiệu quả xử lý N-NH3 ở thí nghiệm 1 ........................................................ 71
4.2.5.2 Hiệu quả xử lý N-NH3 ở thí nghiệm 2 ........................................................ 72
4.2.5.3 Hiệu quả xử lý N-NH3 ở thí nghiệm 3 ........................................................ 72
4.3 Đánh giá quá trình tạo màng biofilm trên giá thể ............................................. 74
4.4 So sánh kết quả đầu ra của các chỉ tiêu với QCVN 14:2008/BTNMT .............. 76
KẾT LUẬN ........................................................................................................... 78
1. Kết luận ............................................................................................................. 78

2. Kiến nghị ........................................................................................................... 78
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 80


1

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Chúng ta đều biết nước là nguyên liệu cho sản xuất không thể thiếu và là nguồn
sống đặc biệt. Trữ lượng nước ngọt trong những năm gần đây không những không
được tăng lên mà còn giảm theo thời gian do ảnh hưởng của sự gia tăng dân số, phát
triển đô thị…Và một nguyên nhân nữa đó là nguồn nước ngọt ngày càng bị ô
nhiễm. Do vậy chúng ta đang dần dần đứng trước nguy cơ thiếu nước ngọt ngày
càng trầm trọng.
Nếu không có chiến lược bảo vệ nguồn nước đúng đắn và các phương pháp xử
lý thích hợp thì đất trên thế giới sẽ rơi vào quá trình sa mạc hóa, các hệ sinh thái sẽ
bị hủy hoại, cuộc sống con người sẽ khó khăn, bệnh tật sẽ hoành hành và sự sống
trên trái đất sẽ dần thu hẹp.
Nước Việt Nam nói chung và thành phố Đà Lạt nói riêng cũng không nằm ngoài
quy luật này. Do sự phát triển cả về mặt kinh tế và xã hội, việc đáp ứng nhu cầu
nước sinh hoạt đang là vấn đề cần thiết mà chúng ta phải quan tâm và cần có biện
pháp xử lý thích hợp.
Nền kinh tế chính của thành phố Đà Lạt chủ yếu là phát triển nông nghiệp, lâm
nghiệp và dịch vụ. Trước sự phát triển đó có thể thấy vấn đề môi trường của thành
phố Đà Lạt chủ yếu là nước thải sinh hoạt. Mặc dù nước thải tại thành phố Đà Lạt
đã được thu gom để xử lý tuy nhiên cần có các nghiên cứu để không ngừng nâng
cao hiệu quả và chất lượng xử lý của nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt.
Một vấn đề đáng lo ngại là nước đầu ra của các nhà máy xử lý nước thải sinh
hoạt vẫn còn chứa một lượng Nitơ cao hơn so với tiêu chuẩn cho phép. Mà Nitơ là
nguyên nhân gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa cho nguồn nước.

Công nghệ MBBR là một công nghệ được hình thành đầu tiên tại Nauy vào năm
1980 với mục đích nhằm loại bỏ Nitrat trong nước thải. Tuy nhiên mãi đến năm
1990 các cơ sở đầu tiên sử dụng công nghệ MBBR mới được đem vào sử dụng.
Ngay sau đó công nghệ MBBR lập tức được các nước Châu Âu sử dụng. Công nghệ
MBBR có nhiều ưu điểm hơn so với công nghệ xử lý bằng bùn hoạt tính thông


2
thường, đặc biệt là tải trọng hữu cơ và hiệu quả xử lý cao, thời gian lưu nước ngắn,
do đó sẽ làm giảm diện tích mặt bằng xây dựng bể.
Tuy nhiên đối với Việt Nam hiện nay thì MBBR là một công nghệ còn khá mới
và chưa có các hệ thống áp dụng thực tế, hiện nay nước ta vẫn đang còn nghiên cứu
trong phòng thí nghiệm và trên lý thuyết để có thể điều chỉnh công nghệ này cho
phù hợp với điều kiện khí hậu của Việt Nam.
Đề tài mở ra hướng đi cho việc nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt cho thành
phố Đà Lạt. Kết quả nghiên cứu của đề tài có thể triển khai áp dụng rộng rãi đối với
việc xử lý nước thải sinh hoạt và tạo điều kiện thuận lợi cho các đề tài nghiên cứu
về công nghệ MBBR về sau.
2. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu
2.1 Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu đánh giá hiêu quả loại bỏ Nitơ trong nước thải sinh hoạt bằng công
nghệ MBBR sử dụng giá thể di động K3 với các tải trọng khác nhau.
2.2 Đối tượng nghiên cứu
Thu thập các thông tin và tổng hợp các tài liệu liên quan đến xử lý nước thải sinh
hoạt và công nghệ MBBR trên thế giới và Việt Nam.
Thu thập thông tin, tìm hiểu đặc trưng của khu vực nghiên cứu, phân tích đặc
điểm của nước thải sinh hoạt tại Đà Lạt, khảo sát thực tế tình hình xử lý nước thải
tại Đà Lạt.
Nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm về khả năng loại bỏ Nitơ trong nước thải
bằng công nghệ MBBR với các tải trọng khác nhau, gồm có:

- Xây dựng mô hình xử lý và phương pháp vận hành mô hình.
- Vận hành mô hình thực nghiệm với các tải trọng khác nhau.
- Lấy mẫu phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm trong nước thải và các chỉ tiêu đánh giá
hoạt động của mô hình xử lý.
- Đánh giá hiệu quả loại bỏ Nitơ và khả năng ứng dụng của mô hình nghiên cứu.


3
3. Phạm vi và giới hạn đề tài
Mô hình thí nghiệm được thiết kế và lắp đặt tại phòng thí nghiệm Công Nghệ
Môi Trường, khoa Khoa Học Môi Trường, Trường Đại học Yersin Đà Lạt.
Nước thải sinh hoạt được lấy từ Nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt Đà Lạt, vị trí
lấy mẫu là Bể phân phối trước khi nước thải đi vào Bể Imhoff.
4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp tổng hợp tài liệu: Nhằm thu thập thống kê các số liệu, các tài liệu
liên quan đến đề tài trong và ngoài nước.
Phương pháp thực nghiệm: Căn cứ trên tài liệu đã thu thập bắt đầu tiến hành lắp
đặt mô hình thí nghiệm và phân tích các chỉ tiêu.
Phương pháp lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu môi trường: Toàn bộ kỹ thuật lấy
mẫu phân tích các chỉ tiêu môi trường được tiến hành theo đúng tiêu chuẩn Việt
Nam và các tiêu chuẩn của quốc tế.
Phương pháp xử lý số liệu trong môi trường: Sử dụng phần mềm excel để thống
kê và xử lý số liệu.


4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về khu vực nghiên cứu
Nước thải sinh hoạt được lấy từ Nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt Đà Lạt, vị trí

lấy mẫu là bể phân phối trước khi nước thải đi vào bể Imhoff.
Đà Lạt là một thành phố thuộc cao nguyên Lâm Viên, nằm ở độ cao trung bình
1.500 mét so với mực nước biển. Trải qua 115 hình thành và phát triển, Đà Lạt đã
trở thành trung tâm chính trị, kinh tế và văn hoá của tỉnh Lâm Đồng, với dân số theo
thống 256.593 người.
Hệ thống xử lý nước thải tập trung của thành phố Đà Lạt là một hạng mục thuộc
Dự án Vệ sinh thành phố Đà Lạt, thực hiện theo hiệp định ký kết năm 2000 giữa
Chính phủ Đan Mạch và Việt Nam. Được khởi công xây dựng từ 26/03/2003 hoàn
thành và đưa vào hoạt động 10/12/2005. Từ 04/2007 Hệ thống xử lý nước thải tập
trung tách ra và là thành viên trực thuộc Công ty TNHH Cấp thoát nước Lâm Đồng
đồng thời đổi tên thành Xí nghiệp quản lý nước thải Đà Lạt.
Nhà máy xử lý nước thải (NMXL) là mắt xích cuối cùng của chuỗi các công
trình nước thải của thành phố Đàlạt với công suất 7.400m3/ngày đêm. Chức năng
của NMXL là bảo đảm toàn bộ nước thải thô đã được thu được xử lý đạt yêu cầu
trước khi đổ vào suối Cam Ly.
Nước đã được xử lý từ nhà máy
thoát ra hạ lưu suối Cam Ly đạt
tiêu chuẩn loại B theo QCVN
14:2008 BTNMT.
Công nghệ xử lý hiện tại của
nhà máy xử lý nước thải sinh
hoạt Đà Lạt: Sử dụng công nghệ
sinh học chính bể Imhoff và bể
lọc sinh học.

Hình 1.1: Nhà máy xử lý nước thải


5
1.2 Tổng quan về nước thải sinh hoạt

1.2.1 Sự hình thành nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là nước thải từ khu dân cư bao gồm nước sau khi sử dụng
từ các hộ gia đình, bệnh viện, khách sạn, trường học, cơ quan, khu vui chơi giải
trí,…Ví dụ: Nước dùng sau khi nấu ăn, lau nhà, tắm rửa, nước sử dụng cho nhà vệ
sinh,…
Đặc điểm quan trọng của nước thải sinh hoạt là thành phần của chúng tương đối
ổn định. Một yếu tố gây ô nhiễm quan trọng trong nước thải sinh hoạt đó là các loại
mầm bệnh được lây truyền bởi các vi sinh vật có trong phân. Vi sinh vật gây bệnh
cho người bao gồm các nhóm chính là virus, vi khuẩn, nguyên sinh bào và giun
sán.
1.2.2 Phân loại và thành phần nước thải sinh hoạt
Phân loại nước thải sinh hoạt:
Nước thải sinh hoạt được chia làm hai loại: Nước đen và nước xám.
- Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớn các chất ô nhiễm, chủ yếu
là các chất hữu cơ, các vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng.
- Nước xám là nước phát sinh từ các quá trình: rửa, tắm, giặt, với thành phần các
chất ô nhiễm không đáng kể.
Thành phần nước thải sinh hoạt:
Nước thải là một hệ đa phân tán thô bao gồm nước và chất bẩn. Các chất bẩn
trong nước thải sinh hoạt có nguồn gốc từ hoạt động của con người. Các chất bẩn
này có thành phần hữu cơ và vô cơ, tồn tại dưới dạng cạn lắng, gồm chất rắn không
lắng được và các chất hòa tan.
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra
còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh. Ở những khu dân cư
đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp, nước thải sinh hoạt không được xử lý đúng cách
cũng là một nguồn gây ô nhiễm môi trường khu vực đó. Tuy nhiên mức độ tác hại
của nước thải sinh hoạt tùy thuộc vào thành phần, tính chất và nồng độ của các
chất ô nhiễm sau khi xả thải ra môi trường.

6
Thành phần của các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt được biểu diễn theo hình 1.2.
Bảng 1.1: Lượng chất bẩn của một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát nước
Các chất

Giá trị , g/người.ngày

- Chất lơ lửng (SS)

60¸65

- BOD5 của nước thải chưa lắng

65

- BOD5 của nước thải đã lắng

30¸35

- Nitơ amôn (N-NH4)

8

- Phốt phát (P2O5)

3,3

- Clorua (Cl-)

10

[Nguồn: TCXDVN 51:2007]
Bảng 1.2: Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư

Chỉ tiêu

Trong khoảng

Trung bình

350 - 1.200

720

Chất rắn hoà tan (TDS) , mg/l

250 - 850

500

Chất rắn lơ lửng (SS), mg/l

100 - 350

220

BOD5, mg/l

110 - 400

220

Tổng Nitơ , mg/l

20 - 85

40

Nitơ hữu cơ, mg/l

8 - 35

15

Nitơ Ammoni, mg/l

12 - 50

25

Nitơ Nitrit , mg/l

0 - 0,1

0.05

Nitơ Nitrat, mg/l

0,1 - 0,4

0.2

Clorua, mg/l

30 - 100

50

Độ kiềm, CaCO3 mg/l

50 - 200

100

Tổng chất béo, mg/l

50 - 150

100

Tổng chất rắn (TS), mg/l

Tổng Phospho, mg/l

8

[Nguồn :Metcalf&Eddy, Wastewater Engineering Treatment, 1991]


7
Qua bảng 1.1 và bảng 1.2 cho thấy tải lượng các chất ô nhiễm có trong nước

thải rất cao. Nếu không được xử lý trước khi thải ra môi trường thì khả năng gây ô
nhiễm môi trường rất lớn.
Nước thải sinh hoạt

Cacbonhydrat
25%

Nước: 99,9 %

Chất rắn: 0,1 %

Chất hữu cơ:
50% - 70%

Chất vô cơ
30%-50%

Protein
65%

Chất béo
10%

Cát

Muối

Kim loại

Hình 1.2: Thành phần các chất trong nước thải sinh hoạt

1.2.3 Tác hại của nước thải sinh hoạt
COD, BOD: Sự khoáng hóa, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng lớn và gây
thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ sinh thái môi trường
nước. Nếu ô nhiễm quá mức, điều kiện yếm khí có thể hình thành. Trong quá trình
phân hủy yếm khí ra các sản phẩm như H2S, NH3, CH4,…làm cho nước có mùi hôi
thối và làm giảm pH của môi trường.
SS: Lắng động ở nguồn tiếp nhận, gây điều kiện yếm khí.
Nhiệt độ: Nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường không ảnh hưởng đến đời
sống của thủy sinh vật nước.
Vi trùng gây bệnh: Gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêu chảy,
ngộ độc thức ăn, vàng da,…
Ammonia, Phospho: Là những yếu tố dinh dưỡng đa lượng. Nếu nồng độ trong
nước quá cao dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hóa.
Màu: Mất mỹ quan.


8
Dầu mỡ: Gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt.
1.3 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt
Các loại nước thải nói chung và nước thải sinh hoạt nói riêng đều chứa các tạp
chất gây nhiễm bẩn có tính chất rất khác nhau: từ các loại chất rắn không tan, đến
các loại chất khó tan và những hợp chất tan trong nước. Xử lý nước thải sinh hoạt
là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch lại nước và có thể đưa nước xả vào nguồn hoặc
tái sử dụng lại nước thải. Để đạt được những mục đích đó chúng ta thường dựa vào
đặc điểm của từng loại tạp chất để lựa chọn các phương pháp xử lý thích hợp.
Thông thường có các loại phương pháp xử lý nước thải phổ biến như sau:
- Xử lý bằng phương pháp cơ học.
- Xử lý bằng phương pháp hóa lý và hóa học.
- Xử lý bằng phương pháp sinh học.
1.3.1 Phương pháp cơ học

Trong nước thải sinh hoạt thường có các tạp chất rắn kích cỡ khác nhau bị cuốn
theo như rơm, cỏ, mẫu gỗ vụn, bao bì, giấy, vải, cát, sỏi, dầu mỡ nổi… Ngoài ra
còn có các loại hạt lơ lửng ở dạng huyền phù rất khó lắng. Tùy theo kích cỡ các hạt
huyền phù chia thành hạt chất lơ lửng có thể lắng được, hạt chất rắn keo được khử
bằng keo tụ - tạo bông.
Các loại tạp chất trên dùng các phương pháp xử lý cơ học là thích hợp (trừ hạt
dạng chất keo).
Trong xử lý nước thải sinh hoạt bằng biện pháp cơ học: chắn rác, lắng cát, loại
bỏ dầu, mỡ nổi, lọc.. Các phương pháp xử lý cơ học này được sử dụng dựa vào các
lực vật lý như lực từ trường, lực ly tâm, lực đẩy Acsimet… để tách các chất không
tan ra khỏi nước thải.
Phương pháp này có những ưu điểm là tương đối đơn giản, vận hành dễ dàng và
chi phí đầu tư ban đầu và vận hành thấp. Nhưng nhược điểm là phương pháp này
chỉ có hiệu quả cao đối với xử lý các chất lơ lửng. Vì vậy các chất ô nhiễm chưa
được xử lý thì cần có những phương pháp khác.


9
1.3.2 Phương pháp hóa học
Cơ sở của phương pháp hóa học là các chất phản ứng hóa học, các quá trình
phản ứng hóa học diễn ra giữa chất bẩn với hóa chất thêm vào. Các phương pháp
hóa học thường là oxy hóa, trung hòa, … Những phản ứng hóa học xảy ra là phản
ứng trung hòa, phản ứng oxy hóa – khử, phản ứng tạo chất kết tủa hoặc phản ứng
phân hủy các chất độc hại.
Phương pháp này có hiệu quả xử lý rất cao, tuy nhiên chi phí vận hành cao và
tạo ra các chất ô nhiễm khác nếu không được vận hành tốt.
1.3.3 Phương pháp hóa lý
Phương pháp hóa lý là sự kết hợp giữa các phản ứng hóa học và các quá trình
vật lý để gây tác động lên các chất ô nhiễm có mặt trong nước thải và loại bỏ chúng
ra khỏi nguồn nước hoặc đưa vào nước thải chất phản ứng để gây tác động lến các

chất ô nhiễm, biến đổi hóa học tạo thành các chất dễ xử lý hơn cho các phương
pháp khác.
Các phương pháp này được sử dụng chủ yếu trong các công nghệ keo tụ - tạo
bông, trao đổi ion, hấp phụ… Các phương pháp này có nhược điểm chủ yếu là chi
phí đầu tư và vận hành cao.
1.3.4 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. Quá trình hoạt động
của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây ô nhiễm được khoáng hóa và trở
thành những chất vô cơ, chất khí đơn giản và nước.
Ngày nay, các nhà khoa học đã chứng minh 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 phục thuộc vào cấu tạo
các chất hữu cơ, độ hòa tan trong nước và nhiều yếu tố 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), đông thời làm sạch
(có thể hoàn toàn) các chất hữu cơ hòa tan hoặc các hạt keo phân tán nhỏ. Do vậy,


10
trong xử lý sinh học, người ta phải loại bỏ các tạp chất 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 như Sulfite, muối Ammoni, Nitrat,
Phospho… Các chất chưa bị oxy hóa hoàn toàn. Sản phẩm của các quá trình phân
hủy này thường là khí CO2, khí N2, nước và một số khí sinh học khác.
Các quá trình xử lý sinh học chủ yếu thường gặp bao gồm:
- Quá trình xử lý hiếu khí (Aerobic (hay oxic) process): quá trình xử lý sinh học
trong điều kiện có mặt oxy.
- Quá trình xử lý kỵ khí (Anaerobic process): quá trình xử lý sinh học trong điều

kiện không có oxy.
- Quá trình xử lý thiếu khí (Anoxic process): quá trình chuyển Nitrat thành Nitơ
trong điều kiện không cung cấp thêm oxy từ bên ngoài vào. Quá trình này cũng
được gọi là quá trình khử Nitrat kỵ khí.
- Quá trình sinh học tùy tiện (Facualtative process): quá trình xử lý sinh học
trong đó quần thể vi sinh vật có thể hoạt động trong điều kiện có oxy hoặc không
có oxy phân tử.
- Quá trình hồ sinh học (Lagoon process): là thuật ngữ chung để chỉ quá trình xử
lý xảy ra trong các ao hồ có chiều sâu và cường độ xử lý khác nhau.
Các quá trình sinh học dùng trong xử lý nước thải đều có xuất xứ trong tự nhiên.
Nhờ thực hiện các biện pháp tăng cường hoạt động của vi sinh vật trong các công
trình nhân tạo quá trình làm sạch các chất bẩn diễn ra nhanh hơn. Trong thực tế
hiện nay người ta vẫn tiến hành xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học ở điều
kiện tự nhiên và điều kiện nhân tạo tùy thuộc và khả năng kinh phí, yêu cầu công
nghệ, địa lý cùng các yếu tố khác.


11
Bảng 1.3: Các quá trình sinh học dùng trong xử lý nước thải
Loại

Tên chung

Quá trình hiếu khí

Quá trình bùn hoạt tính

sinh
lửng

- Thông thường

trưởng

lơ

Áp dụng
Khử BOD chứa cacbon
(Nitrat hóa)

- Xáo trộn hoàn toàn
- Làm thoáng theo bậc
- Oxy nguyên chất
- Bể phản ứng hoạt động gián
đoạn
- Ổn định tiếp xúc
- Làm thoáng kéo dài
- Mương oxy hóa
Nitrat hóa sinh trưởng lơ lửng
Hồ làm thoáng
Phân hủy hiếu khí

Nitrat hóa
Khử BOD – chứa cacbon
(Nitrat hóa)
Ổn định, khử BOD chứa
cacbon

Quá trình hiếu khí

Bể lọc sinh học

Sinh trưởng bám
dính

- Thấp tải – nhỏ giọt.

Khử BOD chứa cacbon –
Nitrat hóa.

- Cao tải

Khử BOD chứa cac bon

Tiếp xúc sinh học quay (RBC)

Khử BOD chứa cacbon –
Nitrat hóa

Kết hợp quá trình
sinh trưởng lơ
lửng và bám dính

Quá trình lọc sinh học hoạt
tính
- Lọc nhỏ giọt – vật liệu rắn
tiếp xúc
- Quá trình bùn hoạt tính – lọc
sinh học

Quá trình thiếu

Sinh trưởng lơ lửng khử Nitrat
hóa. Màng cố định khử Nitrat

Khử Nitrat hóa


12
khí
Sinh
lửng

hóa.
trưởng

lơ

Sinh trưởng bám
dính
Quá trình kỵ khí
Sinh
lửng

trưởng

Lên men phân hủy kỵ khí
lơ

Ổn định, khử BOD, COD

- Tác động tiêu chuẩn, một bậc
- Cao tải, hai bậc
- Hai bậc
Quá trình tiếp xúc kỵ khí

Khử BOD chứa cacbon

Lớp bùn lơ lửng kỵ khí hướng
lên (UASB)
Quá trình lọc kỵ khí

Ổn định chất thải – khử
Nitrat hóa

Sinh trưởng bám
dính

Lớp vật liệu – thời gian kéo
dài

Quá trình kết hợp
hiếu khí – thiếu
khí – kỵ khí

Quá trình một bậc hoặc nhiều Khử BOD chứa cacbon,
bậc, các quá trình có tính chất Nitrat hóa, khử Nitrat hóa,
khác nhau
khử Phospho.

Sinh
lửng

trưởng

lơ

Kêt hợp sinh
trưởng lơ lửng,
sinh trưởng dính
bám.
Quá trình ở hồ

Hồ hiếu khí

Khử BOD chứa cacbon

Hồ bậc ba

Khử BOD chứa cacbon,
Nitrat hóa.

Hồ kỵ khí
Hồ tùy tiện

Khử BOD chứa cacbon
(ổn định chất thải – bùn)

[Nguồn: Lương Đức Phẩm, Công nghệ xử lý nước thải, 2007]

13
1.3.4.1 Xử lý sinh học sinh trưởng lơ lửng
Trong nước thải, sau một thời gian làm quen, các tế bào vi khuẩn bắt đầu tăng
trưởng, sinh sản và phát triển. Nước thải bao giờ cũng có các hạt chất rắn lơ lửng
khó lắng. Các tế bào vi khuẩn sẽ dính và các hạt lơ lửng này và phát triển thành các
hạt bông cặn có hoạt tính phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn nước thể hiện bằng
BOD. Các hạt bông này nếu được thổi khí và khuấy đảo sẽ lơ lửng trong nước và
dần được lớn dần lên do hấp phụ được nhiều hạt chất rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh
vật, nguyên sinh động vật và các chất độc. Những hạt bông này khi ngừng thổi khí
hoặc các chất hữu cơ làm cơ chất dinh dưỡng cho vi sinh vật trong nước cạn kiệt
chúng sẽ lắng xuống đáy bể hoặc hồ thành bùn. Bùn này được gọi là bùn hoạt tính.
Bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vật khác nhau, chủ yếu và vi khuẩn, kết lại
thành dạng hạt bông với trung tâm là các hạt chất lơ lửng ở trong nước. Các bông
này có màu vàng nâu dễ lắng có kích thước từ 3 đến 150 m. Những bông này gồm
các vi sinh vật sống và cặn lắng (khoảng 30 – 40% thành phần cấu tạo bông, nếu
hiếu khí bằng thổi khí và khuấy đảo đầy đủ trong thời gian ngắn thì con số này
khoảng 30%, thời gian dài khoảng 35% và kéo dài tới vài ngày có thể lên 40%).
Những vi sinh vật sống ở đây chủ yếu là vi khuẩn, ngoài ra còn có nấm men, nấm
mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh…
Bùn hoạt tính lắng xuống là bùn già, hoạt tính giảm. Nếu được hoạt hóa (trong
môi trường thích hợp có sục khí đầy đủ) sẽ sinh trưởng trở lại và hoạt tính được
phục hồi.
Khi cân bằng dinh dưỡng cho vi sinh vật trong nước thải cần quan tâm tơi tỷ số
BOD5:N:P. Tỷ số này tối ưu là 100:5:1 đối với các công trình hiếu khí tích cực và
200:5:1 trong trường hợp dài ngày.
Khi cân bằng dinh dưỡng người ta có thể dùng NH4OH, Urê và các muối
Ammoni là nguồn Nitơ và các muối Phosphat, Supephosphat làm nguồn Phospho.
Trong trường hợp BOD nhỏ hơn 500 mg/l thì chọn nồng độ Nitơ trong muối
Ammoni là 15 mg/l và nồng độ Phospho theo P2O5 là 3 mg/l, còn trường hợp BOD

trong khoảng 500 – 1000 mg/l thì chọn các số tương ứng là 25 và 8 mg/l.


14
Các nguyên tố dinh dưỡng ở dạng hợp chất thích hợp cho tế bào vi sinh vật, dễ
hấp thụ và đồng hóa là tốt nhất. Nguồn Nitơ là NH4+ - dạng khử, Phospho ở dạng
Phosphat – dạng oxy hóa, là những chất dinh dưỡng tốt nhất đối với vi khuẩn.
Các nguyên tố K, Mg, Ca, S, Fe, Zn… đều cần cho vi sinh vật nhưng ở trong
nước thải sinh hoạt có mặt các chất này nên không cần phải cho thêm. Thiếu các
nguyên tố dinh dưỡng sẽ kìm hãm sự sinh trưởng và ngăn cản các quá trình oxy hóa
– khử trong tế bào sinh vật.
Nếu thiếu Nitơ lâu dài sẽ làm cho vi sinh vật không sinh sản, tăng sinh khối,
ngoài ra còn cản trở các quá trình hóa sinh và làm cho bùn hoạt tính khó lắng, trôi
theo nước ra khỏi bể lắng.
Nếu thiếu Phospho sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật sinh ra dạng sợi làm cho quá
trình lắng chậm và giảm hiệu suất oxy hóa các chất hữu cơ của bùn hoạt tính.
Số lượng vi khuẩn trong bùn hoạt tính dao động trong khoảng 108 đến 1012 trên
1 mg chất khô. Phần lớn chúng là Pseudomonas, Achomobacter, Alcaligenes,
Bacillus, Microcous, Flavobacterium..
Trong khối nhầy ta thấy các loài Zooglea, đặc biệt là Z. ramigoza, rất giống
Pseudomonas. Chúng có khả năng sinh ra một bao nhầy chung quanh tế bào. Bao
nhầy này là một polymer sinh học, thành phần là polysacarit, có tác dung kết các tế
bào vi khuẩn lại thành hạt bông.
Các vi khuẩn tham gia quá trình chuyển hóa NH3 thành N2 cũng thấy có mặt
trong bùn như Nitromonas, Nitrobacter, Acinetobacter, Hyphomicrobium,
Thiobacillus. Ngoài ra còn thấy Sphacrotilus và Cladothirix.


15
Bảng 1.4: Một số giống vi khuẩn có trong bùn hoạt tính và chức năng của chúng

Vi khuẩn

Chức năng

Pseudomonas

Phân hủy các hydratcacbon, protein, các hợp chất hữu cơ
khác và phản Nitrat hóa

Arthrobacter

Phân hủy hydratcacbon

Bacillus
Cytiphaga
Zooglea

Phân hủy hydratcabon, protein
Phân hủy các polymer
Tạo thành chất nhầy (polysacarit), hình thành chất keo tụ

Acinetobacter

Tích lũy polyphosphate, phản Nitrat

Nitrosomonas

Nitrit hóa

Nitrobacter

Nitrat hóa

Sphaerotilus

Sinh nhiều tiên mao, phân hủy các hợp chất hữu cơ

Alcagenes
Flavobacterium

Phân hủy protein, phản Nitrat hóa
Phân hủy protein

Nitrococcus
denitrificans
Thiobacillus
denitrificans

Phản Nitrat hóa (khử Nitrat thành N2)

Acinetobacter
Hyphomicrobium
Desulfovibrio

Khử sunlfat, khử Nitrat

Các chất
keo Đức
dínhPhẩm,
trong khối

bùn
hoạt
tính
hấpbiện
phụpháp
các chất
lửng,
vi
[Nguồn:
Lương
Côngnhầy
nghệcủa
xử lý
nước
thải
bằng
sinhlơ
học,
2007]
khuẩn, các chất màu, mùi… trong nước thải. Do vậy hạt bùn sẽ lớn dần và tổng