Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng màng sinh học trên một số vật liệu tại trường đại học nông lâm thái nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM

NGUYỄN THỊ LAN

Tên đề tài:

“NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH
HOẠT BẰNG MÀNG SINH HỌC TRÊN MỘT SỐ VẬT LIỆU
TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÁI NGUYÊN”

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Hệ đào tạo

: Chính quy

Chuyên ngành

: Khoa học môi trường

Khoa

: Môi trường

Lớp

: K42B – KHMT

Khóa học

: 2010 - 2014

Giảng viên hướng dẫn : TS. Dư Ngọc Thành

Thái Nguyên, năm 2014


LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành tốt chương trình đào tạo trong nhà trường với phương
châm học đi đôi với hành, mỗi sinh viên khi ra trường cần chuẩn bị cho mình
lượng kiến thức cần thiết, chuyên môn vững vàng. Thời gian thực tập tốt
nghiệp là một phần quan trọng không thể thiếu được trong chương trình đào
tạo sinh viên Đại học nói chung và sinh viên Đại học Nông lâm nói riêng.
Đây là khoảng thời gian cần thiết để mỗi sinh viên củng cố lại những kiến
thức lý thuyết đã được học một cách có hệ thống và nâng cao khả năng vận
dụng lý thuyết vào thực tiễn, xây dựng phong cách làm việc của một kỹ sư.
Với lòng biết ơn vô hạn, em xin chân thành cảm ơn các Thầy Cô giáo
Khoa Môi Trường đã truyền cho em những kiến thức quý báu trong suốt quá
trình học tập và rèn luyện tại trường, giúp em hoàn thiện năng lực công tác
nhằm đáp ứng yêu cầu của người cán bộ Khoa học khi ra trường.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Dư Ngọc Thành đã
tận tình chỉ bảo, hướng dẫn em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp này.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các Thầy Cô giáo thuộc bộ môn
Khoa học công nghệ môi trường đã tạo điều kiện cho em trong suốt quá trình
thực tập.
Do thời gian và trình độ học vấn của bản thân còn nhiều hạn chế, bước
đầu mới làm quen với thực tế công việc nên khóa luận của em không tránh
được thiếu sót. Em rất mong nhận được sự góp ý chân thành của thầy cô giáo
cùng các bạn để Khóa luận của em được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

Thái Nguyên, ngày 20 tháng 5 năm 2014
Sinh viên

Nguyễn Thị Lan


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tiếng Anh

Tiếng Việt

BOD

Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa sinh hóa

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa hóa học

CV

Coefficient of variation

Hệ số biến động

DO

Dissolved Oxygen

Oxy hòa tan

LSD

Least significant difference

Sai khác nhỏ nhất

QCVN

Qui chuẩn Việt Nam

TSS

Hàm lượng chất rắn lơ lửng

T-N

Tổng đạm

T-P

Tổng lân

TNMT

Tài nguyên – Môi trường


MỤC LỤC
PHẦN 1: MỞ ĐẦU...........................................................................................1
1.1. Tính cấp thiết của đề tài. ..........................................................................1
1.2. Mục tiêu của đề tài ...................................................................................2
1.3. Mục đích của đề tài ..................................................................................2
1.4. Ý nghĩa của đề tài ....................................................................................3
Phần 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ..................................................................4
2.1. Cơ sở khoa học ........................................................................................4
2.1.1. Một số khái niệm cơ bản ...................................................................4
2.1.2. Tổng quan về nước thải sinh hoạt .....................................................5
2.1.3. Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt....................................13
2.1.4. Tổng quan về bể lọc sinh học..........................................................24
2.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước ...........................................34
2.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới ..................................................34
2.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước ....................................................35
PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 36
3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .........................................................36
3.2. Địa điểm và thời gian tiến hành .............................................................36
3.3. Nội dung nghiên cứu và các chỉ tiêu theo dõi .......................................36
3.4. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................36
3.4.1. Phương pháp thu thập tài liệu, số liệu thứ cấp ................................36
3.4.2. Phương pháp thu thập số liệu sơ cấp ...............................................37
PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN ...........................41
4.1. Điều kiện thời tiết khí hậu vùng nghiên cứu .........................................41
4.2. Đặc trưng của nước thải sinh hoạt trong nghiên cứu.............................42
4.2.1. Đánh giá chỉ tiêu hóa học của nước thải đầu vào ...........................43

4.2.2. Đánh giá chỉ tiêu lý học của nước thải đầu vào ..............................43
4.3. Khả năng xử lý nước thải của các vật liệu lọc.......................................44
4.3.1. Khả năng xử lý BOD5 của các công thức vật liệu lọc....................45
4.3.2. Khả năng xử lý COD của các công thức vật liệu lọc ......................46
4.4. Xác định tải trọng thủy lực tối ưu ứng dụng vào các công thức vật liệu
lọc được sử dụng ...........................................................................................53
Phần 5: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ ..............................................................58
1. Kết luận .....................................................................................................58
2. Đề nghị ......................................................................................................59
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................60


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 2.1. Đặc tính của nước thải sinh hoạt (mg/l) ........................................... 8
Bảng 2.2. Một số loại vi khuẩn có trong bùn hoạt tính và khả năng phân hủy..... 21
Bảng 2.3. Hằng số k của một số nước thải...................................................... 27
Bảng 2.4. Phân biệt tải trọng trong các bể lọc sinh học nhỏ giọt .................. 32
Bảng 3.1. Các loại vật liệu lọc ........................................................................ 37
Bảng 3.2. Các công thức thí nghiệm ............................................................... 38
Bảng 3.3. Bảng các công thức tải trọng thủy lực ............................................ 38
Bảng 4.1: Kết quả phân tích các chỉ tiêu hóa học của nước thải đầu vào....... 43
Bảng 4.2: Kết quả phân tích các chỉ tiêu lý học của nước thải đầu vào ......... 44
Bảng 4.3. Hiệu suất xử lý BOD5 của các công thức ....................................... 45
Bảng 4.4. Khả năng xử lý COD của các công thức ........................................ 46
Bảng 4.5. Khả năng xử lý Đạm tổng số của các công thức ........................... 48
Bảng 4.6. Khả năng xử lý Lân tổng số của các công thức ............................. 49
Bảng 4.7. Khả năng xử lý SS của các công thức ............................................ 50
Bảng 4.8. Kết quả xác định màu sắc, mùi vị sau xử lý của các công thức .... 51

Bảng 4.9. Kết quả xác định EC và pH sau xử lý của các công thức.............. 52
Bảng 4.10. Hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình ......................... 53
Bảng 4.11. Hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình ......................... 54
Bảng 4.12. Hiệu suất xử lý nước thải sinh hoạt của mô hình ......................... 55
Bảng 4.13. Kết quả xác định một số chỉ tiêu vật lý sau xử lý của các công
thức tải trọng khác nhau .................................................................. 56


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 2.1. Sơ đồ phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí ................. 18
Hình 2.2. Sơ đồ xử lý nước thải bằng kỹ thuật bùn hoạt tính có sục khí........ 20
Hình 2.3. Quá trình hoạt động của màng sinh học.......................................... 23


1

PHẦN 1
MỞ ĐẦU
1.1. Tính cấp thiết của đề tài.
Phát triển bền vững kinh tế - xã hội - môi trường là mục tiêu hướng tới
của hầu hết các quốc gia hiện nay. Với sự phát triển kinh tế mạnh mẽ trong
những năm qua nguồn phát sinh gây ô nhiễm môi trường ngày càng lớn nhưng
Việt Nam chưa có các biện pháp bảo vệ môi trường đúng đắn, do đó đã gây ra
sức ép lớn đối với môi trường. Tình trạng ô nhiễm không khí, nước mặt, nước
ngầm ở các thành phố lớn, các khu công nghiệp đang ngày càng trầm trọng,
gây tác động xấu đến cảnh quan môi trường và sức khỏe con người.
Khi số dân tăng nhanh kèm theo đó lượng nước thải sinh hoạt cũng
ngày một tăng lên đang là mối đe dọa nghiêm trọng đối với môi trường. Nước
thải sinh hoạt chứa hàm lượng các chất hữu cơ nhiều như: COD, BOD5, TSS
…Nhiều vi sinh vật gây bệnh, nước thải chứa nhiều dầu mỡ chất tẩy rửa….

Đặc biệt trong nước thải sinh hoạt có nhiều nguyên tố dinh dưỡng đa lượng
như amoni, phốt pho. Nếu nồng độ trong nước quá cao dẫn đến hiện tượng
phú dưỡng hóa. Nếu không có các biện pháp hữu hiệu để xử lý sẽ gây ô nhiễm
nguồn nước mặt, theo thời gian sẽ ảnh hưởng nguồn nước ngầm. Điều đó gây ảnh
hưởng vô cùng nghiêm trọng đến ô nhiễm môi trường và sức khỏe cộng đồng. Do
đó, để đảm bảo sự phát triển kinh tế đi đôi với bảo vệ môi trường thì các phương
pháp xử lý nước thải cũng được nghiên cứu và phát triển.
Hiện nay ở Việt Nam hầu hết các khu đô thị, khu dân cư làng, xã….
Một số điểm du lịch nhà hàng được xây dựng phục vụ chính nhu cầu của con
người, có thể nói nguồn nước thải sinh hoạt được sinh ra chưa được xử lý một
cách triệt để mặc dù một vài nơi đô thị, làng xã có hệ thống xử lý tập trung
nhưng còn nhiều khó khăn về vốn đầu tư cao, đặc biệt vấn đề vận hành cũng
như chi phí xử lý cao, dẫn đến nước thải không đạt tiêu chuẩn môi trường. Do


2

vậy việc nghiên cứu các công trình xử lý nước thải sinh hoạt phân tán là một
việc làm cấp thiết. Với đặc thù là một nước đang phát triển như nước ta hiên
nay thì việc nghiên cứu, ứng dụng các công nghệ phù hợp, đơn giản với giá
thành thấp là một hướng giải quyết hợp lý và khả thi nhất.
Màng sinh học ( Memberance Bio Reactor) là một xu hướng công nghệ
mới được phát triển và ứng dụng hiện nay. Màng sinh học là hệ thống xử lý vi
sinh của nước thải bằng công nghệ lọc màng, chúng đạt hiệu quả cao, chi phí
thấp, ổn định. Hiện nay việc tìm kiếm những những loại vật liệu lọc phù hợp
để sử dụng trong công nghệ màng lọc sinh học là rất cần thiết.
Xuất phát từ lý do trên, em xin đề xuất đề tài: “Nghiên cứu khả năng
xử lý nước thải sinh hoạt bằng màng sinh học trên một số vật liệu tại
Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên“.

Để tìm kiếm những vật liệu có

sẵn thích hợp để sử dụng trong công nghệ màng sinh học phù hợp với xử lý
nước thải sinh hoạt.
1.2. Mục tiêu của đề tài
- Nghiên cứu mô hình xử lý nước thải sinh hoạt bằng bể lọc sinh học,
xác định khả năng xử lý nước thải của các công thức vật liệu lọc sử dụng trong
bể lọc sinh học. Từ đó đề xuất, lựa chọn được các loại vật liệu lọc thích hợp sử
dụng trong bể lọc sinh học và lựa chọn được tải trọng tối ưu với vật liệu phù
hợp nhất.
- Nâng cao hiệu quả xử lý nước thải bằng công nghệ rẻ tiền, phù hợp
với điều kiện Việt Nam.
1.3. Mục đích của đề tài
- Lựa chọn vật liệu lọc thích hợp để sử dụng trong mô hình bể lọc sinh học.
- Lựa chọn tải trọng thủy lực tối ưu đối với vật liệu lọc tối ưu.
- Nước thải sinh hoạt sau xử lý đạt (QCVN 14: 2008/BTNMT - Quy
chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt).


3

1.4. Ý nghĩa của đề tài
1.4.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học
- Vận dụng và phát huy những kiến thức đã học tập vào nghiên cứu.
- Nâng cao kiến thức, kĩ năng và rút ra những kinh nghiệm thực tế phục
vụ cho công tác nghiên cứu sau này.
- Nâng cao khả năng tự học tập, nghiên cứu và tìm tài liệu.
- Bổ sung tư liệu cho học tập.
1.4.2. Ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất
- Xác định được khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của từng loại vật liệu lọc.

- Lựa chọn được các công thức vật liệu lọc có sẵn tại địa phương rẻ
tiền, dễ kiếm để sử dụng công nghệ xử lý nước thải.
- Xử lý được nước thải sinh hoạt, bảo vệ môi trường.


4

Phần 2
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Cơ sở khoa học
2.1.1. Một số khái niệm cơ bản
* Môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội nước
Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày
29 tháng 11 năm 2005, định nghĩa như sau: “Môi trường bao gồm các yếu tố
tự nhiên và vật chất nhân tạo bao quanh con người, có ảnh hưởng đến đời
sống, sản xuất, sự tồn tại, phát triển của con người và sinh vật”.
* Ô nhiễm môi trường: Theo Điều 6 Luật Bảo vệ môi trường Việt Nam
2005: “Ô nhiễm môi trường là sự biến đổi của các thành phần môi trường không
phù hợp với tiêu chuẩn môi trường, gây ảnh hưởng xấu đến con người, sinh vật”.
* Ô nhiễm môi trường nước: Là sự thay đổi thành phần và chất lượng
nước không đáp ứng cho các mục đích sử dụng khác nhau, vượt quá tiêu
chuẩn cho phép và có ảnh hưởng xấu đến đời sống con người và sinh
vật. Nước trong tự nhiên tồn tại dưới nhiều hình thức khác nhau: Nước ngầm,
nước ở các sông hồ, tồn tại ở thể hơi trong không khí,... Nước bị ô nhiễm
nghĩa là thành phần của nó tồn tại các chất khác, mà các chất này có thể gây
hại cho con người và cuộc sống các sinh vật trong tự nhiên. Nước ô nhiễm
thường là khó khắc phục mà phải phòng tránh từ đầu.
* Nước thải sinh hoạt: Là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động
thương mại, khu vực công sở, trường học và các cơ sở trường học khác.
* Nước thải đô thị: Nước thải đô thị là một thuật ngữ chỉ chất lỏng trong hệ

thống cống thoát của một thành phố, thị xã.
* Nước thải tự nhiên: Nước mưa được xem như nước thải tự nhiên ở
những thành phố hiện đại, chúng được thu gom theo hệ thống riêng.


5

* Nước thải thấm qua: Là lượng nước thấm vào hệ thống ống bằng
nhiều cách khác nhau, qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành hố
gas hay hố xí.
* Tiêu chuẩn môi trường: Trong Luật Bảo vệ môi trường đã được Quốc hội
nước Cộng hoà xã hội chủ nghĩa Việt Nam khoá XI, kỳ họp thứ 8 thông qua ngày
29 tháng 11 năm 2005, định nghĩa như sau: “Là giới hạn cho phép của các thông
số về chất lượng môi trường xung quanh, về hàm lượng của chất gây ô nhiễm
trong chất thải được cơ quan nhà nước có thẩm quyền qui định làm căn cứ để
quản lý và bảo vệ môi trường”.
* Tải trọng thủy lực: là tải trọng nước được phân phối trên bề mặt của công
trình. Tải trọng thủy lực tính bằng: Lưu lượng xử lý (m3/h) chia cho diện tích bề
mặt công trình (m2)
2.1.2. Tổng quan về nước thải sinh hoạt
2.1.2.1. Khái niệm nước thải
Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con
người và đã làm thay đổi tính chất ban đầu của chúng.
Nước thải là nước đã dùng trong sinh hoạt, sản xuất hoặc chảy qua
vùng đất ô nhiễm. Phụ thuộc vào điều kiện hình thành, nước thải được
chia thành: nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải tự nhiên và
nước thải đô thị.
2.1.2.2. Khái niệm nước thải sinh hoạt
- Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục
đích sinh hoạt của cộng đồng: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân,....

- Thông thường nước thải sinh hoạt của hộ gia đình được chia làm 2
loại chính: nước đen và nước xám.
+ Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớn các chất ô
nhiễm, chủ yếu là: chất hữu cơ, 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.


6

2.1.2.3. Nguồn thải
Nước thải sinh hoạt thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường
học, bệnh viện, chợ, và các công trình công cộng khác. Lượng nước thải sinh
hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và
đặc điểm của hệ thống thoát nước. Nước thải sinh hoạt ở các trung tâm đô thị
thường được thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra sông rạch, còn ở các vùng
ngoại thành và nông thôn do không có hệ thống thoát nước nên nước thải
thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc thoát bằng biện pháp tự
thấm (TS. Lê Quốc Tuấn, 2003) [15].
2.1.2.4. Thành phần và đặc tính của nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt có chứa nhiều các tạp chất khác nhau, trong đó
khoảng 52% là chất hữu cơ, 48% là chất vô cơ và một số lớn các chủng loại vi
sinh vật (Trần Hiếu Nhuệ, 1990) [8].
a. Thành phần các chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt
Thành phần các chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt được phân
làm hai loại theo khả năng phân hủy của vi sinh vật:
• Các chất hữu cơ dễ bị phân hủy
Chúng chủ yếu bao gồm các hợp chất hydratcacbon, protein, chất béo
có nguồn gốc động, thực vật khác nhau. Trong nước thải từ khu dân cư, có
khoảng 40 – 50% là hydratcacbon, 40 – 60% protein và 5 – 10% chất béo (Lê

Xuân Phương, 2005) [12].
• Các chất hữu cơ khó phân hủy
Các chất hữu cơ khó phân hủy là các chất hữu cơ có vòng thơm
(hydrocacbua), các chất đa vòng ngưng tụ, các chất Clo hữu cơ, Phospho hữu
cơ,… chúng khó bị phân hủy bởi các tác nhân sinh học bình thường, cho nên
chúng tồn tại lâu dài, tích lũy làm ảnh hưởng tới mỹ quan, gây độc hại cho môi
trường, sinh vật và con người.
Ngoài các chất hữu cơ và vô cơ, trong nước thải sinh hoạt còn chứa
lượng lớn các loài vi sinh vật, động vật nguyên sinh. Thành phần chủ yếu là vi


7

khuẩn, nấm men, nấm mốc, tảo và nguyên sinh động vật. Trong đó vi khuẩn
là chiếm nhiều nhất cả về thành phần và số lượng.
Vi sinh vật trong nước thải sinh hoạt cũng được chia làm hai loại: vi
sinh vật tự dưỡng và vi sinh vật dị dưỡng. Trong đó các vi sinh vật dị dưỡng
phải nhờ vào chất hữu cơ có trong nước thải làm nguồn dinh dưỡng và năng
lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các vật liệu để xây dựng tế
bào, sinh trưởng và tăng sinh khối. Đây là cơ sở cho giải pháp công nghệ xử
lý nước thải bằng biện pháp sinh học (Lê Văn Cát,1999) [1].
b. Thành phần sinh học của nước thải sinh hoạt
Trong nước thải có nhiều chất hữu cơ nên có nhiều vi sinh vật sinh
sống và sử dụng nguồn chất hữu cơ đó như là nguồn dinh dưỡng để sinh
trưởng và tăng sinh khối. Thành phần sinh học trong nước thải bao gồm:
• Tảo
Tảo trong nước thải được xếp vào nhóm thực vật nổi của nước,
chúng sống chủ yếu nhờ quang hợp, chúng sử dụng CO2 cùng với nguồn Nitơ
và Phospho để cấu thành tế bào dưới tác dụng của năng lượng ánh sáng mặt
trời, đồng thời chúng cũng sản sinh ra oxy. Trong nước thải rất giàu Nitơ và

Phospho, vì vậy nước thải là môi trường thích hợp cho tảo tăng sinh khối. Mặt
khác, việc tăng nhanh sinh khối tảo cũng là nguồn gây ô nhiễm thứ cấp của
nước thải khi tảo chết.
• Động vật nguyên sinh
Động vật nguyên sinh thuộc nhóm sinh vật sống trôi nổi trong nước
và là một dạng chỉ thị cho nước, vì nếu có sự xuất hiện của chúng thì chứng tỏ
nước được xử lý hiệu quả và nước thải không có độc tính. Thức ăn của những
động vật nguyên sinh trong nước thải là các vụn hữu cơ hay tảo và vi khuẩn.
• Hệ vi sinh vật trong nước thải
Vi sinh vật là những sinh vật nhỏ bé, đơn bào hay sống tập trung, tồn tại
với số lượng rất lớn trong tự nhiên. Trong nước thải, vi sinh vật xâm nhập vào
thông qua nhiều con đường khác nhau: từ phân, nước tiểu, rác thải sinh hoạt,


8

nước thải hộ gia đình, rác thải sinh hoạt, rác thải bệnh viện, không khí,…
Hệ vi sinh vật trong nước thải cũng khá đa dạng, bao gồm nhiều loại
như: vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, xoắn thể, xạ khuẩn, virus, thực thể
khuẩn,… nhưng chủ yếu là vi khuẩn. Vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong
quá trình phân hủy các chất hữu cơ làm sạch nước thải. Theo phương thức
dinh dưỡng vi khuẩn được chia làm hai nhóm chính:
- Vi khuẩn dị dưỡng: Là những vi khuẩn sử dụng chất hữu cơ làm
nguồn cacbon dinh dưỡng, và làm năng lượng để hoạt động sống, xây dựng tế
bào, phát triển,… có ba loại vi khuẩn dị dưỡng:
+ Vi khuẩn hiếu khí.
+ Vi khuẩn kỵ khí.
+ Vi khuẩn tùy nghi.
- Vi khuẩn tự dưỡng: Là những vi khuẩn có khả năng oxy hóa chất vô
cơ để thu năng lượng và sử dụng CO2 làm nguồn cacbon cho quá trình sinh

tổng hợp. Những vi khuẩn nhóm này gồm: vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn sắt,
vi khuẩn lưu huỳnh,… (Lê Quốc Tuấn, 2002) [14].
Bảng 2.1. Đặc tính của nước thải sinh hoạt (mg/l)
Chỉ tiêu
BOD5
COD
Đạm hữu cơ
Đạm amôn
Đạm tổng số
Lân tổng số
Tổng số chất rắn
Chất rắn lơ lửng

Nồng độ
Cao
Trung bình
400
220
1.000
500
35
15
50
25
85
40
15
8
1.200
720

350
220
(Nguồn: Metcalf , Eddy, 1991) [19]

Thấp
110
250
8
12
20
4
350
100

2.1.2.5. Tác hại của nước thải sinh hoạt tới môi trường và sinh vật
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học,
ngoài ra còn có cả các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất
nguy hiểm.


9

Thành phần chủ yếu của nước thải sinh hoạt là các chất hữu cơ, bao
gồm các chất hữu cơ dễ bị phân hủy và các chất hữu cơ khó phân hủy. Các
chất dễ phân hủy như cacbonhydrat, protein chủ yếu làm suy giảm lượng oxy
hòa tan trong nước dẫn đến suy thoái tài nguyên thủy sản và làm giảm chất lượng
nước mặt. Các chất khó phân hủy gồm nhiều hợp chất hữu cơ tổng hợp. Hầu hết
chúng có độc tính với sinh vật và con người. Chúng tồn tại lâu dài trong môi trường
và cơ thể sinh vật gây độc tích lũy, ảnh hưởng nguy hại đến cuộc sống.
Chất rắn lơ lửng hạn chế độ sâu tầng nước được ánh sáng chiếu

xuống, gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong, rêu…Chất rắn
có khả năng gây trở ngại cho phát triển thủy sản nếu chúng có nồng độ cao.
Ngoài ra các loại vi sinh vật gây bệnh hiện hữu trong nước thải đưa
ra sông góp phần làm cho các bệnh, đặc biệt là các bệnh đường ruột (thương
hàn, tả, lỵ,…) gia tăng do lây lan qua đường ăn uống và sinh hoạt.
2.1.2.6. Các chỉ tiêu đánh giá nước thải sinh hoạt
• Độ pH
Độ pH là một trong những chỉ tiêu xác định đối với nước cấp và nước
thải. Chỉ số này cho biết có cần phải trung hòa hay không và tính lượng hóa chất
cần thiết trong quá trình xử lý đông keo tụ, khử khuẩn,… Trị số pH thay đổi sẽ
ảnh hưởng đến quá trình hòa tan, keo tụ, làm tăng hay giảm tốc độ phản ứng, nó
ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật có trong nước.
pH của nước thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý nước
thải. Trong thực tế, các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
thường làm việc tốt trong khoảng pH từ 7 – 7,6. Thường vi sinh vật phát triển
tốt nhất trong môi trường trung tính pH từ 7 – 8. Các nhóm vi sinh vật khác
nhau có mức giới hạn pH khác nhau, ví dụ vi khuẩn nitrit phát triển thuận lợi
ở khoảng pH từ 4,8 – 8,8; còn vi khuẩn nitrat thì pH từ 6,5 – 9,3. Vi khuẩn
lưu huỳnh có thể tồn tại trong môi trường pH từ 1 – 4. Với nước thải sinh hoạt
thường có pH từ 7,2 – 7,6.


10
• Hàm lượng các chất rắn
Hàm lượng các chất rắn là một trong những chỉ tiêu vật lý đặc trưng và
quan trọng nhất của nước thải. Nó bao gồm các chất nổi, chất lơ lửng, keo và
chất hòa tan. Chất rắn trong nước thải bao gồm các chất vô cơ ở dạng hòa tan
hoặc không hòa tan như đất đá, và dạng huyền phù lơ lửng. Các chất hữu cơ
như xác vi sinh vật, tảo, động vật phù du, …
Chất rắn làm trở ngại cho các quá trình lưu chuyển, sử dụng và làm

giảm chất lượng nước.
Hàm lượng chất rắn được xác định qua các chỉ tiêu cụ thể sau:
- Chất rắn tổng số (TS): Là trọng lượng chất khô phần còn lại sau khi
cho bay hơi 1 lít nước thải trên bếp cách thủy rồi sấy khô ở 1030C cho đến khi
trọng lượng không đổi, đơn vị tính g/l hay mg/l.
- Chất rắn lơ lửng ở dạng huyền phù (SS): Là trọng lượng khô các chất
rắn còn lại trên giấy lọc khi lọc 1 lít nước thải và sấy khô ở 1030C – 1050C tới
trọng lượng không đổi, đơn vị tính mg/l hay g/l.
- Chất rắn hòa tan (DS): Hàm lượng chất rắn hòa tan chính là hiệu số
của tống chất rắn với huyền phù: DS = TS – SS. Đơn vị tính là mg/l.
- Chất rắn bay hơi (VS): Là trọng lượng mất đi khi nung chất huyền
phù SS ở 5500C trong khoảng thời gian xác định. Đơn vị tính là mg/l hoặc
phần trăm của TS hay SS. Chỉ số này thường biểu thị cho chất hữu cơ có
trong nước.
- Chất rắn có thể lắng: Số ml phần chất rắn của 1 lít mẫu nước đã lắng
xuống đáy sau một khoảng thời gian. Đơn vị tính ml/l.
• Màu
Nước thải thường có màu, đặc biệt thường có màu từ nâu đến đen hay
đỏ nâu. Màu của nước được tạo ra do:
- Các chất hữu cơ trong xác động, thực vật phân rã tạo thành.


11

- Nước có sắt và mangan ở dạng keo hoặc hòa tan.
- Nước có chất thải công nghiệp (crom, tannin, lignin).
Màu của nước thường chia hai dạng:
- Màu thực: do các chất hòa tan hay các hạt keo.
- Màu biểu kiến: là màu do các chất lơ lửng tạo nên.
Trên thực tế, người ta xác định màu thực tế của nước, nghĩa là sau khi

lọc bỏ các chất không tan.
• Độ đục
Độ đục trong nước là do các hạt rắn vô cơ lơ lửng, các chất hữu cơ phân
hủy hay xác động, thực vật gây nên. Độ đục làm giảm khả năng truyền dẫn ánh
sáng trong nước, gây mất cảm quan, giảm chất lượng nước. Các hạt vật chất lơ
lửng hấp phụ các ion kim loại độc và các vi khuẩn gây bệnh, gây khó khăn cho
quá trình khử khuẩn.
• Oxi hòa tan (DO – Dissolved Oxygen)
Oxy hòa tan là một trong những chỉ tiêu quan trọng để đánh giá chất
lượng nước. Nước càng sạch thì chỉ số này càng cao hay lượng oxy hòa tan
trong nước cũng cao. Đây là chỉ số quan trọng đối với việc đánh giá vi sinh
vật trong nước thải vì nó ảnh hưởng đến quá trình sinh trưởng và phát triển
của vi sinh vật. Chỉ số này phụ thuộc vào các yếu tố áp suất, nhiệt độ và các
đặc tính của nước (nồng độ và thành phần các chất hòa tan, vi sinh vật, thủy
sinh,…). Nồng độ oxy hòa tan trong nước sạch thường dao động từ 6 – 7 mg/l
ở nhiệt độ bình thường.
• Chỉ số BOD (Biochemical Oxigen Demand)
Chỉ số BOD biểu thị lượng chất hữu cơ có trong nước có khả năng
phân giải nhờ vi sinh vật. Do đó, nhu cầu oxi sinh hóa là một trong những chỉ
tiêu quan trọng nhất để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải. BOD càng
cao chứng tỏ nước thải bị ô nhiễm càng nặng và ngược lại.


12

Để phân hủy hết các chất hữu cơ có trong nước thải, thường cần nhiều
thời gian đến vài chục ngày tùy thuộc vào từng loại nước thải, nhiệt độ và khả
năng phân hủy các chất hữu cơ của hệ vi sinh vật có trong nước thải.
Trong thực tế, người ta thường dùng chỉ số BOD5, nghĩa là xử lý mẫu
trong 5 ngày ở 200C để tính lượng oxy hòa tan trong nước.

• Chỉ số COD (Chemical Oxigen Demand)
Chỉ số COD biểu thị hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải và mức độ
ô nhiễm của nước thải.
COD được định nghĩa là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa hóa
học các chất hữu cơ trong nước thành CO2, H2O và các chất khử vô cơ.
Như vậy, trong nước thải thì COD luôn cao hơn BOD. Tỷ lệ
COD/BOD luôn lớn hơn 1, nếu tỷ lệ này tới 3 – 4 – 5,… thì chứng tỏ nước
thải này nhiễm các chất độc làm kìm hãm vi sinh vật hoặc vi sinh vật chết.
Đối với nước trong tự nhiên và nước thải không có chất độc và tương
đối ổn định về thành phần như nước thải sinh hoạt, nước thải nhà máy thực
phẩm có thể xác định được một hệ số chuyển đổi từ COD ra BOD. Vì vậy, có
thể sử dụng giá trị phép đo COD là chỉ số chất hữu cơ bị phân hủy trong quá
trình xử lý nước thải.
• Hàm lượng Nitơ tổng số (N-t)
Nitơ trong nước thường tồn tại ở dạng các hợp chất protein và các hợp
chất phân hủy: amon, nitrat, nitrit. Chúng có vai trò khá quan trọng trong hệ
sinh thái nước, trong nước thải luôn cần một lượng nitơ thích hợp, mối quan
hệ giữa BOD với N và P có ảnh hưởng đến sự hình thành và khả năng oxi hóa
của bùn hoạt tính, thể hiện qua tỷ lệ BOD5 : N : P.
• Hàm lượng Phospho tổng số (P-t)
Phospho trong nước thải tồn tại ở các dạng H2PO4-, HPO4-2, PO4-3, các
polyphosphat như Na3(PO3)6 và phospho hữu cơ. Đây là một trong những
nguồn dinh dưỡng cho thực vật dưới nước.


13

Trong nước thải người ta xác định hàm lượng P – tổng số để xác định
tỷ số BOD5 : N : P nhằm chọn kỹ thuật bùn hoạt tính thích hợp cho quá trình
xử lý nước thải. Ngoài ra xác lập tỷ số giữa P và N để đánh giá mức dinh dưỡng

có trong nước thải.
• Chỉ số vi sinh vật (E.coli)
Trong nước thải, đặc biệt nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước
thải vùng du lịch, dịch vụ, khu chăn nuôi,… nhiễm nhiều vi sinh vật có sẵn trong
phân người và phân súc vật. Trong đó, có thể có nhiều loài vi khuẩn gây bệnh, đặc
biệt các bệnh về tiêu hóa, các vi sinh vật gây ngộ độc thực phẩm.
Việc xác định tổng số các vi sinh vật trong nước thải rất khó, nên người
ta chọn việc xác định chỉ số E.coli làm đại diện cho chỉ số vi sinh (Trần Đức
Hạ, 2000) [4].
2.1.3. Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt
2.1.3.1. Phương pháp cơ học
Trong nước thải thường có các loại tạp chất rắn có kích thước khác
nhau kéo theo như rơm, cỏ, gỗ mẩu, giấy, cát sỏi,… các loại tạp chất này gây
cản trở dòng chảy, tạo ra phù váng,… phương pháp xử lý chúng hiệu quả nhất
là phương pháp cơ học.
Các phương pháp xử lý cơ học thường dùng:
- Song chắn rác, lưới chắn rác: loại bỏ chất rắn có kích thước lớn.
- Bể lắng cát: nhằm tách bỏ các hạt có nguồn gốc vô cơ.
- Bể lắng: nhằm tách các hạt lơ lửng có nguồn gốc hữu cơ.
- Gạn, tách, quay ly tâm: nhằm tách các hạt có trọng lượng riêng
rất nhỏ như dầu mỡ, các loại hạt xốp, túi PE, hạt nhựa,…
Quá trình xử lý cơ học nhìn chung không làm giảm nhiều nồng độ chất
bẩn trong nước thải, tuy nhiên phần nào làm tăng mức độ thuận lợi cho các
quá trình xử lý về sau (Trần Đức Hạ, 2006) [3].


14

2.1.3.2. Phương pháp hóa học và hóa lý
a. Phương pháp hóa học:

Cơ sở của phương pháp này là sử dụng các phản ứng hóa học giữa các
hóa chất cho vào với các chất bẩn trong nước thải để loại bỏ các chất bẩn này
khỏi nước thải, hay biến đổi chúng thành các chất không gây độc hại. Các
phản ứng xảy ra thường là các phản ứng trung hòa, phản ứng oxy hóa khử,
phản ứng tạo chất kết tủa hay phản ứng phân hủy chất. Các phương pháp oxy
hóa bằng ozon hay điện hóa cũng thuộc phương pháp hóa học.
Đôi khi phương pháp hóa học được sử dụng để xử lý sơ bộ trước khi xử
lý sinh học hay công đoạn này được dùng như một phương pháp xử lý nước
thải lần cuối đề đưa vào nguồn nước chung (Hoàng Kim Cơ và cs, 2001) [2].
b. Phương pháp hóa lý:
Dùng để thu hồi hay để khử các chất độc và các chất ảnh hưởng xấu đến quá
trình làm sạch sinh hóa sau này. Các phương pháp hóa lý để xử lý nước thải đều dựa
trên các cơ sở ứng dụng của quá trình keo tụ, hấp phụ, tuyển nổi, trao đổi ion, …
• Keo tụ:
Là phương pháp làm trong nước thải bằng cách dùng các chất trợ keo để
liên kết các chất bẩn ở dạng lơ lửng, tạo thành các bông có kích thước lớn hơn.
Những bông cặn đó lắng xuống kéo theo các chất không tan cùng lắng theo.
• Hấp phụ:
Là quá trình tách các chất ô nhiễm ra khỏi nước thải bằng cách tập
trung các chất đó lên bề mặt các chất rắn (chất hấp phụ).
• Trích ly:
Là phương pháp tách các chất bẩn hòa tan trong nước thải bằng dung
môi không tan và độ hòa tan của chất bẩn trong dung môi cao hơn trong nước.


15
• Tuyển nổi:
Là phương pháp dùng các tác nhân tuyển nổi để thu hút và kéo theo các
chất bẩn lên trên mặt nước, sau đó loại các tác nhân tuyển nổi đó ra khỏi nước.
• Thẩm tích dializ (màng bán thấm):

Là phương pháp dùng màng xốp bán thấm không cho các hạt keo đi
qua để tách keo ra khỏi nước thải.
• Trao đổi ion:
Là phương pháp thu hồi catrion và anion bằng các chất trao đổi ion.
2.1.3.3. Phương pháp sinh học
a. Điều kiện để xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Các loại nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị có chứa nhiều chất hữu cơ
hòa tan gồm hidratcacbon, protein và các hợp chất chứa nitơ, các dạng chất
béo,… cùng một số chất vô cơ như H2S, các Sulfit, Amoniac,… có thể đưa
vào xử lý theo các phương pháp sinh học.
Phương pháp xử lý sinh học nước thải dựa trên cơ sở hoạt động của vi
sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Do vậy, điều kiện đầu
tiên và vô cùng quan trọng là nước thải phải là môi trường sống của quần thể
vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải.
Muốn đảm bảo điều kiện này nước thải phải:
- Không có chất độc làm chết hoặc ức chế hoàn toàn hệ vi sinh vật trong
nước thải. Trong số các chất độc phải chú ý đến hàm lượng các kim loại nặng.
Theo mức độ độc hại của các kim loại, xếp theo thứ tự:
Sb > Ag > Cu > Hg > Co ≥ Ni ≥ Pb > Cr+3 > V ≥ Cd > Zn > Fe
Muối của các kim loại này ảnh hưởng nhiều tới đời sống của vi sinh
vật, nếu quá nồng độ cho phép, các vi sinh vật không thể sinh trưởng được và
có thể bị chết. Như vậy, không thể tiến hành xử lý sinh học. Nồng độ muối
của chúng thấp hơn giới hạn sẽ làm giảm tốc độ làm sạch nước.


16

- Chất hữu cơ có trong nước thải phải là cơ chất dinh dưỡng nguồn
cacbon và năng lượng cho vi sinh vật. Các hợp chất hidratcabon, protein, lipit
hòa tan thường là cơ chất dinh dưỡng rất tốt cho vi sinh vật.

- Nước thải đưa vào xử lý sinh học có 2 thông số đặc trưng là COD và
BOD. Tỉ số của 2 thông số này phải là: COD/BOD ≤ 2 hoặc BOD/COD ≥ 0,5
mới có thể đưa vào xử lý sinh học (hiếu khí). Nếu COD lớn hơn BOD nhiều
lần, trong đó gồm có xenlulozo, hemixenlulozo, protein, tinh bột chưa tan thì
phải qua xử lý sinh học kị khí (Biền Văn Minh và cs, 2000) [6].
b. Các phương pháp xử lý sinh học
Xử lý nước thải theo phương pháp sinh học là dựa trên cơ sở hoạt động
của các vi sinh vật có sẵn trong nước thải, chúng có khả năng sử dụng các
chất hữu cơ có trong đó làm nguồn năng lượng để thực hiện quá trình sinh
trưởng và phát triển. Phương pháp này thực hiện sau khi đã xử lý sơ bộ nước
thải và áp dụng thích hợp với các loại nước thải có chỉ số BOD/COD trong
khoảng 0.5 – 1 (Trần Văn Nhân và cs, 2002) [7].
Dựa vào hoạt động của các vi sinh vật, người ta chia làm 3 phương
pháp xử lý nước thải chính là:
- Phương pháp kỵ khí (Anaerobic).
- Phương pháp thiếu khí (Anoxic).
- Phương pháp hiếu khí (Aerrobic).
* Phương pháp kỵ khí (Anaerobic):
Phương pháp này thích hợp cho việc xử lý nước thải có nồng độ ô
nhiễm cao (COD > 2000mg/l), có khả năng thu hổi năng lượng (biogas), chi
phí vận hành thấp, thể tích công trình nhỏ,… Tuy nhiên, nó có những nhược
điểm là sinh ra nhiều các dạng khí độc, các loại khí gây mùi hôi thối làm ô
nhiễm không khí, thời gian xử lý kéo dài.
Nguyên tắc của phương pháp này là dùng các vi sinh vật kỵ khí và vi
sinh vật tùy nghi để phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy


17

hòa tan trong cặn và trong nước thải ở điều kiện nhiệt độ thích hợp. Sản phẩm

của quá trình này là các chất khí CH4, CO2, H2S, N2,… quá trình phân hủy kỵ
khí diễn ra trong vòng từ 3 đến 6 tháng ở điều kiện bình thường, khi nhiệt độ
lên tới 400C – 500C thời gian phân hủy sẽ rút ngắn (Winter et al, 1994) [20].
Quá trình lên men kỵ khí diễn ra theo các giai đoạn sau:
• Giai đoạn 1: Lên men axit.
Các vi sinh vật lên men kỵ khí thực hiện quá trình lên men, chủ yếu là
lên men ngoại bào để phân hủy các hợp chất có kích thước lớn như tinh bột,
celullose, cacbuahydro. Các chất hòa tan có nhóm định chức thành axit béo,
các rượu, axit nucleic,… các chất phân tử nhỏ hòa tan ấy sẽ được các vi
khuẩn cùng loại hấp phụ và sử dụng cho quá tình trao đổi chất của mình. Sự
thủy phân có tạo ra các axit béo và glyxerin do đó là giảm pH của nước thải.
• Giai đoạn 2: Lên men trung gian.
Giai đoạn này xảy ra sự thủy phân các hợp chất chứa Nitơ, amon tạo
thành CO2, NO2, CH4, H2 các nitrat cũng có thể bị khử thành N2, thậm chí một số
tạo thành amon, pH dần tăng lên đến mức trung hòa, các loại khí gây mùi thối
H2S, RSH,… tạo ra nhiều đẩy hỗn hợp lên phía trên tạo thành váng bọt nhớt.
• Giai đoạn 3: Lên men metan.
Quá trình này tiếp tục phân cách các sản phẩm trung gian nói trên. Các
phân tử lớn hơn đã tạo ra dịch nhớt như pectorin, teatirin,… sinh ra chủ yếu là
khí CH4 và CO2 (CO2 chiếm từ 20 - 30%). Đặc điểm của quá trình này là phân
hủy dần axit cùng với các sản phẩm có tính khử mạnh do đó môi trường có tính
kiềm. Quá trình lên men kỵ khí tỏa nhiệt mạnh, lượng nhiệt tỏa ra lớn, nhiệt độ
bể lên men vào mùa hè có thể lên tới 500C – 600C. Điều này cũng giúp cho quá
trình phân hủy diễn ra nhanh hơn.
Quá trình lên men metan là một quá trình phức tạp nhờ một loạt các tác
động qua lại của quá trình trao đổi chất trong các nhóm vi sinh vật khác nhau.
Đạt được điều này là do có sự phân tích sinh hóa liên tiếp các hợp chất hữu cơ
cao phân tử thành CH4 và CO2.

18

Phản ứng quá trình kỵ khí và các sản phẩm của nó:
(CHO)n

CO2 + H2O + tế bào VSV mới + sản phẩm trung gian + CH4 +
NH4+ + H2S + H2 + năng lượng

Các công trình xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí phổ biến hiện
nay là bể tiếp xúc kỵ khí, bể USAB, lọc kỵ khí, hố gas, hố sinh học,…
Chất hữu cơ phức tạp (hydratcarbon, protein, lipit,…)

Chất hữu cơ đơn giản (Đường, peptit, axit amin,…)

Axit bay hơi (Propionic, butyric,…)

H2, CO2

CH4, CO2

Axetat

Hình 2.1. Sơ đồ phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện kỵ khí
* Phương pháp thiếu khí (Anoxic):
Trong điều kiện thiếu oxy hòa tan, việc khử nitrat sẽ xảy ra. Oxy được
giải phóng từ nitrat sẽ oxy hóa các chất hữu cơ và Nitơ tạo thành.
Các phản ứng Nitrat hóa:
NO3-

vi sinh vật

NO2 + O2

O2

chất hữu cơ

N2 + CO2 + H2O

* Phương pháp hiếu khí:
Phương pháp này dựa trên hoạt động của các quần thể vi sinh vật hiếu khí
có sẵn trong nước thải. Chúng oxy hóa các chất hữu cơ bằng oxy hòa tan liên tục
vào trong nước thải ở nhiệt độ khoảng 20 0C – 40 0C. Kết quả là các chất bẩn
trong nước thải bị phân hủy và nước được làm sạch, sản phẩm của quá trình này là