Nghiên cứu và ứng dụng quá trình xử lý nước thải trong điều kiên tự nhiên bằng phương pháp hồ sinh học

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1
CHƯƠNG I..................................................................................................................3
KHÁI NIỆM VÀ CẤU TẠO HỒ SINH HỌC...........................................................3
CHƯƠNG II................................................................................................................. 4
CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ NGUYÊN TẮC XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA HỒ SINH
HỌC.............................................................................................................................. 4
CHƯƠNG III.............................................................................................................11
PHÂN LOẠI VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC LOẠI HỒ SINH
HỌC............................................................................................................................ 11
CHƯƠNG IV.............................................................................................................. 18
ĐỀ XUẤT VÀ ỨNG DỤNG THỰC TẾ...................................................................18
2.Ứng dụng thực tế của hồ sinh học trong xử lý nước thải........................................21
CHƯƠNG V...............................................................................................................26
KẾT LUẬN VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................26

MỞ ĐẦU
Việt Nam đang trong thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hoá - hiện đại hoá, phát
triển công nghiệp là mũi nhọn được ưu tiên, kèm theo đó là quá trình đô thị hóa diễn ra
với tốc độ cao. Ở một vài địa phương vấn đề ô nhiễm môi trường đôi khi bị xem nhẹ.
Nghiêm trọng nhất phải kể đến là sự ô nhiễm các thủy vực do việc đổ trực tiếp nước
thải chưa qua xử lý. Nguyên nhân một phần là do không đủ kinh phí để xây dựng các
công trình xử lý nước thải với công nghệ cao và quy mô lớn. Do đó, các công trình xử
lý với mức đầu tư thấp sẽ rất khả thi trong việc ứng dụng. Thực tế xảy ra ở các vùng
nông thôn. Khi mà nhận thức của người dân chưa cao và kinh phí cho việc cải thiện
môi trường hầu như không có. Một giải pháp cho vấn đề này là tận dụng chính những
lợi thế có sẵn ở địa phương để xử lý.
1


Xử lý nước thải bằng các quá trình tự nhiên có lẽ được xem là phương pháp

thích hợp trong điều kiện hiện nay của nước ta để đảm bảo vệ sinh môi trường, hệ
thống làm việc đạt hiệu quả, khắc phục được các khó khăn do yếu tố tự nhiên, xã hội,
giảm tối đa chi phí đầu tư xây dựng.
Một trong những lợi thế có sẵn ở các địa phương đó là hồ nước. Hồ là một
nguồn tài nguyên có ở nhiều nơi trên thế giới và Việt Nam. Ngoài khả năng điều hòa
nước, là di tích lịch sử, tạo cảnh quan-du lịch và nuôi trồng thủy sản ... hồ còn có 1 tác
dụng quan trọng là tiếp nhận và xử lý nước thải.
Những nghiên cứu về quá trình xử lý nước thải bằng hồ sinh học đã được tiến
hành và thu được những kết quả khả quan.
Với mục tiêu tìm hiểu, nghiên cứu một cách hệ thống phương án áp dụng dây
chuyền công nghệ xử lý nước thải có đặc điểm công nghệ, chi phí, điều kiện vận hành,
... phù hợp với đa số các đô thị Việt Nam. Tận dụng được nguồn lợi từ hồ. Đồng thời,
nhóm học viên được thu nhận những kiến thức từ môn học “Hồ Điều Hòa và HT
TNĐT” do PGS.TS. Mai Thị Liên Hương hướng dẫn trong chương trình Cao học
chuyên ngành Cấp thoát nước tại trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội. Trên cơ sở đó, kết
hợp một số kiến thức thực tế trong quá trình làm việc công tác trong lĩnh vực tư vấn
thiết kế cấp thoát nước và môi trường. Nhóm học viên đã thực hiện nghiên cứu chuyên
đề:
“Nghiên cứu và ứng dụng quá trình xử lý nước thải trong điều kiên tự nhiên bằng
phương pháp hồ sinh học”
Việc tìm hiểu, nghiên cứu chuyên đề này giúp nhóm nghiên cứu hiểu sâu hơn
về công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sử dụng hồ sinh học. Hỗ trợ tích cực
và hết sức thiết thực cho quá trình làm việc, tư vấn thiết kế của các học viên tại đơn vị
công tác. Được sự hướng dẫn mang tính gợi mở và sâu sắc của PGS.TS. Mai Thị Liên
Hương trong quá trình nghiên cứu, nhóm học viên xin được trình bày một số nội dung
đã được tìm hiểu, nghiên cứu như sau:

2

CHƯƠNG I
KHÁI NIỆM VÀ CẤU TẠO HỒ SINH HỌC
1. Khái niệm hồ
Hồ là một khối nước nằm trong nội địa có kích thước từ nhỏ, trung bình đến
lớn, bề mặt của hồ tiếp xúc với không khí.
Hồ là một trong những hình thức lâu đời nhất để xử lý nước thải bằng phương
pháp sinh học
Hồ sinh học dùng để xử lý những nguồn thải thứ cấp với cơ chế phân hủy các
chất hữu cơ xảy ra một cách tự nhiên.
Các hồ sinh học có thể là các hồ đơn hoặc thường được kết hợp với các
phương pháp xử lý khác
Hồ sinh học là các thuỷ vực tự nhiên hoặc nhân tạo mà tại đó diễn ra quá trình
chuyển hoá những chất bẩn. Quá trình này diễn ra tương tự như quá trình tự làm sạch
trong các hồ tự nhiên với vài trò chủ yếu là các loại vi khuẩn và tảo.
3


Hồ sinh học được ứng dụng rộng rãi hơn cánh đồng lọc và cánh đông tưới. Ưu
điểm lớn nhất của hồ sinh học là chiếm diện tích nhỏ hơn cánh đồng lọc sinh học
2. Cấu tạo hồ sinh học
Cấu tạo: Hồ sinh vật là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn
gọi là hồ oxy hóa, hồ ổn định nước thải,… Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy
hóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật
khác.
Nguyên tắc hoạt động: Vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trong quá
trình quang hợp cũng như oxy hóa từ không khí để oxy hóa các chất hữu cơ, rong tảo
lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân hủy, oxy hóa các chất
hữu cơ bởi vi sinh vật. Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị pH và nhiệt
độ tối ưu. Nhiệt độ không được thấp hơn 60 0C. Theo quá trình sinh hóa, người ta chia
hồ sinh vật ra các loại:hồ hiếu khí, hồ kỵ khí và hồ tùy nghi.

Hồ sinh học dùng xử lý nước thải bằng sinh học chủ yếu dựa vào quá trình
làm sạch của hồ.
Ngoài ra hồ sinh học còn có những tác dụng hữu ích sau:


Nuôi trồng thuỷ sản;



Cung cấp nước cho trồng trọt;



Điều hoà dòng chảy mùa mưa và hệ thống thoát nước đô thị;



Không đòi chi phí cao;



Bảo trì, điều hành đơn giản

CHƯƠNG II
CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ NGUYÊN TẮC XỬ LÝ NƯỚC THẢI
CỦA HỒ SINH HỌC
1. Cơ sở khoa học của phương pháp xử lý nước thải bằng hồ sinh học
Các hoạt động diễn ra trong hồ sinh học là kết quả của sự cộng sinh phức tạp
giữa nấm và tảo, giúp ổn định dòng nước và làm giảm các vi sinh vật gây bệnh
Hồ sinh học có thể dùng để xử lý nhiều loại nước thải khác nhau: nước thải

công nghiệp hay sinh hoạt phức tạp, trong những điều kiện thời tiết khác nhau.
Các quá trình diễn ra trong ao, hồ sinh học cũng tương tự như quá trình tự làm
sạch ở các sông hồ tự nhiên. Vi sinh vật đóng vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý chất
thải hữu cơ.
1.1 . Hệ động thực vật trong hồ sinh học
Hệ động thực vật của hồ sinh học thường có các vi sinh vật: vi sinh vật, nguyên
4


sinh động vật, tảo, rêu, bèo... Các vi sinh vật trong hồ là các vi sinh vật kỵ khí, yếm
khí, hiếu khí hay tuỳ tiện như interobacterium, streptococus, clostridium,
achromobacter, cytophaga, micrococus, pseu-domonas, bacillus, lactobacillus…
Trong hồ sinh học các loại thực vật đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định
chất lượng nước. Chúng sử dụng các chất dinh dưỡng (N,P), kim loại nặng (Cu, Cd,
Hg, Zn) để cho sự đồng hoá và phát triển sinh khối. Để tồn tại trong những môi trường
nước khác nhau đồi hỏi mỗi loại vi khuẩn phải có sự tiến hoá, thích nghi rất cao. Tuỳ
theo từng điều kiện cụ thể mà hình thành nên các nhóm thực vật thuỷ sinh và trong các
nhóm thực vật thuỷ sinh này chỉ có một số có những tính chất phù hợp cho việc xử lý
môi trường nước ô nhiễm.
Thực vật thuỷ sinh dùng để xử lý nước thải chia làm ba nhóm lớn:


Nhóm thực vật thuỷ sinh ngập nước:

Đặc điểm quan trọng của nhóm thực vật thuỷ sinh ngập nước là chúng tiến hành
quá trình quang hợp hay trao đổi chất diễn ra hoàn toàn trong lòng nước. Chính vì vậy
nhóm thực vật thuỷ sinh này chỉ có thể phát triển tốt ở một khoảng độ sâu nhất định
của nước và chiều sâu này thường từ 50cm (tính từ bề mặt nước) trở lại vì ở chiều sau
này thì ánh sáng mặt trời có tác dụng tốt nhất. Nhóm thực vật ngập nước này cũng gây
nên những tác hại như làm tăng độ đục của nước, ngăn cản khả năng khuếch tán của

ánh sáng vào nước. Do đó các loại thủy sinh này không hiệu quả trong việc làm sạch
các chất thải.
Nhóm này bao gồm các lạo như rong Hydrilla Verticillata, Caratophyllum…
hấp thụ các chất dinh dưỡng và các nguyên tố cần thiết khác qua thân, lớp vỏ, đây là
quá trình lọc và hấp thụ các chất hòa tan. Hiệu quả thu hồi các chất dinh dưỡng nitơ
của loại thực vật này từ 200-1560 kg/ha.
Thực vật ngập nước bậc cao đóng vai trò lớn trong việc cung cấp oxy cho vi
khuẩn tham gia phân hủy các chất hữu cơ. Tuy nhiên cũng cần thiết thường xuyên thu
hồi các loại thực vật nổi và thực vật ngập nước ra khỏi hồ để tránh hiện tượng nhiễm
bẩn nước.


Nhóm thực vật trôi nổi:

Các loài thực vật này phát triển trên bề mặt nước gồm hai phần: phần lá và phần
thân mềm nổi trên mặt nước, đây là phần nhận ánh sáng trực tiếp từ mặt trời, phần
dưới là rễ, rễ của các loài thực vật này là rễ chùm. Chúng phát triển trong lòng môi
trường nước, nhận các chất dinh dưỡng trong nước và chuyển lên lá thực hiện quá
trình quang hợp.
Loài thực vật này trôi nổi trên nước theo gió và dòng nước. Khi chúng di
5


chuyển kéo theo rễ quét trong lòng nước, các chất dinh dưỡng thường xuyên tiếp xúc
và hấp thụ qua rễ. Rễ của loài thực vật này là giá thể cho các loại vi khuẩn bám vào để
phân hủy các chất thải. So với loài thực vật ngập nước, loài thực vật trôi nổi này có
khả năng xử lý các chất ô nhiễm rất cao.
Nhóm này bao gồm các loại bèo như: Eichhorinia crassipes (bèo Nhật Bản, Lục
bình); spirodella; lema; Postia statiotes… Sinh khối của bèo tăng rất nhanh trong điều
kiện môi trường thuận lợi sau sáu ngày nuôi cấy chúng có thể tăng sinh khối đến 250

kg chất khô/ha.ngày đêm (Theo O’ Bien 1981). Trong quá trình nghiên cứu bèo trong
hồ sinh học, các nhà khoa học nhận thấy rằng bộ rễ của bèo là nơi cư trú của nhiều loài
vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển hóa các chất hữu cơ ở tầng bề mặt
nước. Hiệu quả xử lý BOD đạt 95%; khả năng khử N-NH3, P đến 97%. Ngoài bèo
trong hồ sinh học còn có các loại thực vật nổi khác như rau muống, họ sen súng. Đây
đều là loại thực vật có khả năng chuyển hóa vật chất rất cao.


Thực vật nửa ngập nước:

Loại thực vật này có rễ bám vào đất nhưng phần thân và lá phát triển trên bề
mặt nước. Phần rễ bám đất ngập nước, nhận các chất dinh dưỡng có trong đất, chuyển
nó lên lá trên mặt nước để tiến hành quá trình quang hợp. Loài thực vật làm sạch môi
trường chủ yếu phần lắng ở đáy lưu vực nước.

Dưới đây là bảng thống kê một số loại thực vật thủy sinh tiêu biểu:
Nhóm

Thực vật ngập nước

Thực vật trôi nổi

Thực vật nửa ngập nước

Tên thong thường

Tên khoa học

Hydrilla

Hydrilla Verticillata

Water milfoil

Myriophyllum spicatum

Blyxa

Blyxa aybertii

Lục bình (water hyacinth)

Eichhornia crassipes

Bèo tấm (duck week)

wolfia arrhiga

Bèo tai tượng

Pistia stratiotes

Salvinia

Salvinia spp

Cattails

Typha spp

Cỏ lõi bấc (bulrush)

Scirpus spp

Sậy (reed)

Phramites communis

1.2. Cơ sở khoa học của phương pháp
Các điều kiện của nước thải để áp dụng phương pháp hồ sinh học.
6


Các loại nước thải: Nước thải sinh hoạt, nước thải một số ngành công nghiệp
(thực phẩm, chế biến thủy sản-nông sản, các lò mổ, khu chăn nuôi,... có thể cả công
nghiệp giấy) có những đặc điểm: giàu chất hữu cơ hòa tan như hydratcacbon, protein
và các sản phẩm phân hủy, các hợp chất hữu cơ chứa ni tơ, photpho, các dạng chất
béo... một số thành phần vô cơ như H 2 S , sulfit, amoniac... có thể đưa vào xử lý sinh
học.
Dựa vào khả năng tự làm sạch của nước, chủ yếu là vi sinh vật và các thủy
sinh khác, các chất nhiễm bẩn bị phân hủy thành các chất khí và nước. Như vậy, quá
trình làm sạch không phải thuần nhất là quá trình hiếu khí mà còn có cả quá trình tùy
tiện và kị khí. Các loại ao hồ sinh học có thể áp dụng thích hợp ở nước ta nếu diện tích
mặt bằng và các điều kiện khác cho phép. Các ao hồ có thể làm một bậc hoặc
nhiều bậc xử lý. Chiều sâu của hồ bậc sau thường sâu hơn bậc trước. Thiết bị đưa nước
vào hồ phải có cấu trúc thích hợp để phân phối đều hỗn hợp bùn nước trên toàn bộ
diện tích hồ.
Quá trình xử lý nước thải của hồ sinh học phụ thuộc vào các yếu tố tự nhiên.
Hiện nay chưa có chỉ tiêu thiết kế chung cho hồ sinh học. Hầu hết các hồ sinh học
được thiết kế, xây dựng trên cơ sở kinh nghiệm hoặc nghiên cứu thực nghiệm đối với

các loại nước thải cụ thể trong các điều kiện cụ thể.

Chuỗi hồ sinh học
2. Nguyên tắc xử lý nước thải của hồ sinh học
Khi nước thải vào hồ do vận tốc nước chảy nhỏ, các loại cặn lắng có tỷ trọng
lớn được lắng xuống đáy; các chất bẩn hữu cơ còn lại lơ lửng trong nước sẽ được vi
khuẩn hấp phụ và oxy hoá. Ở gần sát mặt nước tồn tại nhiều vi sinh vật hiếu khí; tại
đây oxy được cung cấp từ quá trình hoà tan từ không khí do chuyển động của sóng,
gió. Lượng oxy này không nhiều nhưng khá ổn định; lượng oxy có trong tầng nước
7


nhờ sự quang hợp của tảo. Nhờ có oxy quá trình chuyển hoá hiếu khí của vi sinh vật
xảy ra mạnh, chất hữu cơ nhanh chóng bị phân huỷ thành các sản phẩm là sinh khối,
CO2 , các muối nitrat, nitrit,..

Khí CO2 và hợp chất N, P lại được trong tảo sử dụng trong quá trình quang hợp.
Trong quá trình này sẽ giải phóng oxy, cung cấp cho quá trình oxy hoá các chất hữu cơ
của vi khuẩn. Sự hoạt động của rong tảo tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trao đổi
chất của vi khuẩn. Như vậy vi khuẩn hiếu khí và tảo tạo ra một vòng khép kín của sự
chuyển hoá vật chất. Tuy nhiên trong trường hợp nước thải đậm đặc chất hữu cơ, tảo có
thể chuyển từ hình thức tự dưỡng sang dị dưỡng và tham gia vào quá trình oxy hoá chất
hữu cơ. Nấm, xạ khuẩn có trong nước thải cũng thực hiện vai trò tương tự.
Dưới đây là Sơ đồ thể hiện Thuyết hỗ sinh về vi khuẩn và tảo:

Ở phần đáy hồ, các chất hữu cơ có tỷ trọng lớn lắng xuống thường đây là các
chất khó phân huỷ; trong môi trường đáy hồ rất thiếu oxy nên phát triển vi sinh vật yếm
8

khí. Các vi sinh vật này tham gia chuyển hoá chất hữu cơ thành các acid hữu cơ, rượu để
các vi sinh vật khác tiếp tục chuyển hoá thành khí CH 4 , CO2 , H 2 S , NH 3 … Trong đó
NH 3 và CO2 có ý nghĩ giúp rong tảo phát triển mạnh; ngược lại trong quá trình phát

triển của rong tảo tạo ra oxy là yếu tố không thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật
yếm khí. Tuy nhiên rong tảo chỉ phát triển mạnh ở phần gần ánh sáng mặt trời nên một
phần oxy tạo ra bay vào không khí, một phần được vi sinh vật hiếu khí sử dụng nên sự
ảnh hưởng đến vi sinh vật yếm khí không đáng kể; phần đáy hồ khi rong tảo chết thì xác
của nó là chất dinh dưỡng cho các vi sinh vật đáy hồ phát triển. Như vậy, rong tảo
không chỉ có tác dụng tích cực đến sự chuyển hoá vật chất (quá trình quang hợp) mà còn
tác động tích cực đối với vi sinh vật hiếu khí và vi sinh vật yếm khí.
Như vậy vi sinh vật, tảo, các loại thực vật trong hồ có mối quan hệ thong qua
oxy và các chất dinh dưỡng. Oxy giúp sự phát triển của sinh vật hiếu khí nhưng đồng
thời cũng là yếu tố tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh trong hồ. Lượng oxy cung cấp
cho hồ có sự chênh lệch giữa ngày và đêm; ban đêm lượng oxy không nhiều chỉ tập
trung vùng bề mặt, vào ban đêm thì lượng oxy cao hơn. Điều này chứng tỏ rằng lượng
oxy có trong hồ phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên là do quá trình quang hợp của tảo và
thực vật.
Yếu tố chính đảm bảo quá trình chuyển hoá chất hữu cơ trong hồ sinh học là
oxy và nhiệt độ. Ở tầng nước mặt do có oxy khuếch tán từ không khí và oxy quang
hợp, quá trình oxy hoá chất hữu cơ diễn ra mạnh, thế năng oxy hoá khử trong hồ giảm
dần theo chiều sâu hồ. Ở tầng nước sau, hàm lượng oxy hoà tan giảm tạo điều kiện
yếm khí, vi khuẩn phải sử dụng oxy liên kết từ NO2− , NO3− , SO42− để oxy hoá chất hữu
cơ. Trong lớp cặn đáy, các chất hữu cơ thường phân huỷ bằng cách lên men, sản phẩm
tạo ra là CH 4 , H 2 S …
Theo chiều chuyển động của nước thải, hồ sinh học chia làm ba vùng khác
nhau:

Vùng Polyxaprobe (P): Tại đây diễn ra quá trình phân huỷ chất hữu cơ
dễ bị oxy hoá sinh hoá, lên men cặn lắng nhờ vi khuẩn.


Vùng ∀ -mezoxaprobe ( ∀ -m): Tại đây phân huỷ mạnh các chất hữu cơ,
các hợp chất nitơ tồn tại dưới dạng amoni. Hàm lượng oxy hoà tan thấp, vi
khuẩn tuỳ tiện phát triển mạnh.


Vùng ∃ -mezoxaprobe ( ∃ -m): Đây là vùng ổn định với BOD không cao.

Hàm lượng NO3− và PO43− lớn, là nguyên nhân gây nên hiện tượng phú dưỡng.
Trong vùng này xuất hiện nhiều loại tảo lục đơn bào, động vật nguyên sinh.
Bên cạnh xử lý nước thải, hồ sinh học còn sử dụng với nhiều mục đích khác:
9


•

Nuôi bèo hoặc thực vật nước:

Khi xem xét khả năng ứng dụng các loại hồ sinh học ở Việt Nam, có ý kiến cho
rằng nên kết hợp việc xử lý nước thải trong hồ với việc nuôi bèo ở trong hồ vì bèo là
loài thực vực có khả năng ‘làm sạch” nước, đồng thời khi bèo phát triển có thể làm
thức ăn chăn nuôi cũng như làm nguyên liệu chế biến thành phân hữu cơ. Tuy nhiên
khi nuôi bèo phải chú ý không để bèo phủ kín mặt nước làm cản trở nguồn ánh sáng,
vùng nước phía dưới thiếu ánh sáng làm giảm khả năng phát triển của các sinh vật có
trong nước.
•

Nuôi trồng tảo:

Nước thải chứa nhiều chất dinh dưỡng thuận lợi cho sự phát triển của tảo và các

sinh vật khác. Tảo phát triển mạnh trong hồ sẽ cung cấp oxy hoà tan cho các sinh vật
khác phát triển theo làm tăng nhanh quá trình phân huỷ các chất ô nhiễm, chuyển hoá
thành sinh khối. Sinh khối tảo lại là nguồn thức ăn rất tốt cho chăn nuôi và nuôi trồng
thuỷ sản.
Dưới đây là đặc điểm một số dạng của tảo:

10


CHƯƠNG III
PHÂN LOẠI VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC
LOẠI HỒ SINH HỌC
Các loại công trình hồ sinh học và nguyên tắc hoạt động
Các dạng hồ sinh học:


Hồ tự nhiên;



Hồ nhân tạo;



Hồ kỵ khí;



Hồ hiếu khí;



Hồ tùy tiện;



Hồ sinh học với sự tham gia của thực vật nước.

1. Hồ tự nhiên
- Hồ được hình thành do quá trình kiến tạo bề mặt trái đất;
- Hồ tự nhiên trước đây, khi chưa chịu tác động đáng kể của con người thường
là những hồ sinh thái có độ đa dạng sinh học cao, là nơi cư trú của nhiều loài động
thực vật.
- Đến nay dưới tác động của bàn tay con người, một số hồ đã bị xoá sổ, một số
được khai thác cạn kiệt các tài nguyên trong hồ hay phải gánh chịu những vấn đề ô
nhiễm môi trường do con người tạo ra.
2. Hồ nhân tạo
11


- Hồ nhân tạo được hình thành do những tác động của con người nhằm những
mục đích này hay mục đích khác, như đắp chắn dòng sông ngăn lũ, lưu trữ nước cho
nhà máy phát điện, cung ứng cho tưới tiêu chống hạn tạo những hồ sinh thái ở khu vực
thượng nguồn.
- Hồ còn do quá trình đào đắp đất hoặc khai thác đất đá, khoáng sản tạo thàng
các hố sâu rộng, theo thời gian nước được lấp đầy do mưa tạo thành những lòng hồ,
làm môi trường sống cho các loại động vật thuỷ sinh…

Một dạng hồ sinh học nhân tạo
3. Hồ kỵ khí

- Hồ kỵ khí dùng để lắng và phân hủy cặn lắng và phương pháp sinh hóa tự
nhiên dựa trên cơ sở sống và hoạt động của vi sinh vật kỵ khí.
- Các vi khuẩn kỵ khí phá vỡ các hợp chất hữu cơ trong dòng chảy, giải phóng
khí CH4 và CO2.
- Có khả năng xử lý nước thải chứa hàm lượng hữu cơ cao
- Hồ kỵ khí làm giảm lượng N, P, K và các vi sinh vật gây bệnh bằng cách tạo
ra bùn và giải phóng NH3 vào không khí

12


Hồ kỵ khí
Hiệu quả của hồ kỵ khí được mô tả như sau:
- Chuyển đổi vật chất từ dạng vật liệu hòa tan thành dạng vật chất lắng đọng
như bùn đáy.
- Hòa tan các dạng vật chất hữu cơ khác.
- Phá vỡ quá trình phân hủy sinh học của các vật chất hữu cơ.
- Chứa vật chất không hòa tan và không phân hủy như bùn đáy.
- Chứa vật chất không hấp thụ và ở dạng vô định hình như bùn đáy.
- Cho phép xử lý một phần dòng chảy đi qua.
4. Hồ tùy tiện
Có hai loại hồ tùy tiện:
 Hồ tùy tiện nguyên thủy, tiếp nhận nguồn thải nguyên chất chưa qua
xử lý;
 Hồ tùy tiện thứ cấp, tiếp nhận nguồn thải đã qua xử lý (thường là dòng thải
từ hồ kỵ khí)
Khi quá trình hoàn thành, hồ tùy tiện sẽ đáp ứng:
- Tăng cường xử lý dòng thải vào từ xử lý kỵ khí thông qua việc phân chia,
phân hủy và tiêu hóa các vật chất hữu cơ.
- Xử lý hiếu khí phá vỡ hầu hết các dạng hữu cơ còn lại ở gần bề mặt hồ.

- Làm giảm số lượng vi sinh vật có khả năng gây bệnh.
5. Hồ hiếu khí
- Quá trình oxy hóa các chất hữu cơ nhờ các vi sinh vật hiếu khí. Có thể phân
loại hồ này thành hai nhóm: hồ làm thoáng tự nhiên và hồ làm thoáng nhân tạo
- Hồ hiếu khí được thiết kế với tác dụng ngăn không cho tảo phát triển. Điều
13


này được thực hiện thông qua 2 điều kiện.
• Sự trộn lẫn hiệu quả  tất cả sinh khối ở tình trạng lơ lửng, cung cấp
độ đục cần thiết để làm giảm sự xâm nhập của ánh sáng vào trong cột nước 
thời gian lưu bùn cân bằng với thời gian lưu nước.
• Thời gian lưu nước được kiểm soát ít hơn thời gian lưu bùn làm giảm sự
phát triển của tảo. Bởi vì tảo đã bị ngăn chặn không cho phát triển, oxy được
cung cấp với nghĩa thụ động.
- Hồ này có thể được thiết kế với nhiều mục tiêu khác nhau, bao gồm:
• Chuyển hóa các vật liệu hữu cơ đã bị vi khuẩn làm cho thối rữa
thông qua việc chuyển đổi thành sinh khối;
• Sự ổn định của vật chất hữu cơ (bao gồm cả sinh khối tổng hợp) thông
qua sự phân hủy hiếu khí, và sự chuyển hóa của sinh khối tổng hợp do lắng đọng
tự nhiên.

Một số hồ hiếu khí
6. Hồ sinh học với sự tham gia của thực vật nước
- Hồ sinh học với sự tham gia của thực vật nước (hồ thực vật) là phương pháp
xử lý được xem là lâu đời nhất (trên 3.000 năm) có khả năng xử lý các chất hữu cơ,
nitơ, phospho.
- Việc áp dụng hồ thực vật phụ thuộc vào nhiều yếu tố: tính chất nước
thải: BOD, dinh dưỡng, các chất độc hại, nhiệt độ nước thải; điều kiện khí hậu, thời
tiết: nhiệt độ, bức xạ, tính chất nguồn nước tiếp nhận (hàm lượng muối, độ kiềm, độ

cứng);
- Thực vật nước có mặt trong các hồ sinh học chủ yếu là một số loại tảo, phiêu
sinh thực vật và các thực vật nổi:
14


• Pleustophyte (tăng trưởng trên mặt nước, lá nổi trên bề mặt): Lục bình, cỏ
vịt, rau muống, bèo hoa dâu, bèo tây, bèo nhật bản;
• Heltophyte (rễ nằm ngập trong nước): Lau sậy, cỏ chỉ, Iris, cỏ năng, lác;
• Hydrophytes (ngập trong nước): Elodea, cỏ thi;
• Phiêu sinh thực vật (Phytoplankton): Tảo chlorella, Euglena, Scenedesmus.
Cơ chế hoạt động của hồ sinh học với sự tham gia của thực vật nước như sau:
Vi khuẩn phân hủy các chất hữu cơ tạo thành CO 2 và H2O; acid hữu cơ trong
điều kiện yếm khí;
Tảo sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời, CO 2 và các chất vô cơ trong nước để
tổng hợp nguyên sinh chất, giải phóng oxy;
Oxy cung cấp cho vi khuẩn bổ sung từ nước (không khí, gió xáo động khuấy
trộn nước hồ, nhiệt độ, hàm lượng muối ảnh hưởng đến oxy hòa tan) và oxy nhân tạo;
Hiện tượng lắng cặn cũng xảy ra trong hồ sinh học có tham gia của thực vật
nước.

Hồ sinh học với sự tham gia của thực vật nước
Các vi sinh vật hiện diện trong môi trường nước khác nhau có vai trò hoạt
động khác nhau:
* Vi sinh vật hiếu khí
-

Giống với các loài vi khuẩn hiện diện trong các hệ thống xử lý khác

-

Gồm có nhóm vi khuẩn tự do, nhóm vi khuẩn dạng khối và nhóm vi khuẩn
dạng sợi

-

Chức năng: phân hủy các hợp chất hữu cơ, giải phóng CO2 và tạo sinh khối
mới
15


* Nhóm vi khuẩn tự do
-

Có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ nhưng không lắng xuống đáy 
bị cuốn ra ngoài theo dòng thải

-

Thường tồn tại trong môi trường có nồng độ hữu cơ đầu vào cao và nồng độ
oxy trong nước thấp.

* Nhóm vi khuẩn dạng khối
-

Tăng trưởng gắn kết tạo thành một khối lớn do tạo thành các polymer ngoại
bào

-

Giúp đẩy nhanh tốc độ phân hủy BOD và lắng đọng ở cuối quá trình  hạn
chế lượng chất rắn lơ lửng thải ra ngoài

* Nhóm vi khuẩn dạng sợi
-

Chỉ xuất hiện trong trường hợp đặc biệt

-

Thường không có ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình xử lý nước

* Vi sinh vật kỵ khí
Nhóm vi khuẩn tạo acid
-

Chuyển hóa các sản phẩm protein, lipid, polysaccharide trong điều kiện kỵ
khí thành các alcohol, acid hữu cơ như acetic, propionic, butyric

-

Có khả năng thích nghi tốt đối với điều kiện pH và nhiệt độ khác nhau
Nhóm vi khuẩn tạo methane

-

Chuyển hóa các sản phẩm như acid formic, methanol, methylamine và acid
acetic trong điều kiện kỵ khí thành methane

-

Rất nhạy cảm với điều kiện môi trường và thích nghi với khoảng pH hẹp:
6.5 – 7.5 và nhiệt độ >140C
Nhóm vi khuẩn khử sulfate

-

Là tác nhân cung cấp năng lượng, giúp chuyển hóa sulfate thành H2S

-

Chỉ xuất hiện khi nước thải chứa BOD và sulfate nhưng không có oxy

-

Đây chính là nguyên nhân chính gây nên mùi khó chịu ở các hồ xử lý

* Vi sinh vật quang hợp
-

Xuất hiện ở tất cả các hồ nhưng phổ biến nhất là ở hồ hiếu khí

-

Vi khuẩn quang hợp chủ yếu là nhóm vi khuẩn lưu huỳnh kỵ khí  oxy hóa
các hợp chất H2S thông qua năng lượng ánh sáng tạo thành S và sulfate

-

Tảo là loài hiếu khí có khả năng quang hợp sử dụng năng lượng ánh sáng và

một số hợp chất đơn giản như nitrate, sulfate … để tăng trưởng
16


* Động vật nguyên sinh
-

Có nhiều loài sinh vật bậc cao hơn có thể xuất hiện trong các hồ sinh học
(động vật) như động vật nguyên sinh và động vật không xương sống, như:
rotifers, daphnia, giun đốt, chironomids (ấu trùng muỗi vằn), và ấu
trùng muỗi (thường gọi là zooplankton-thực vật nổi)

* Hồ thực vật
Sự hiện diện và phát triển của các loài vi sinh vật trong hồ thực vật dưới các
điều kiện môi trường khác nhau sẽ rất khác nhau.
Khi tải trọng hữu cơ cao phát triển các loài: phytoplagenllata, Euglena cạnh
tranh với sự phát triển của vi khuẩn như: Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes.
Vi khuẩn E. coli chết nhanh do sản phẩm kháng sinh của tảo và các loài vi khuẩn khác.
Đồng thời, xuất hiện các loài cillata giả túc như: colpidium, paramecium, glaucoma,
protozoa, rotifer, sử dụng vi khuẩn làm nguồn thức ăn.
Khi tải trọng hữu cơ thấp, phát triển các loài như Daphnia, Rotozoa.

17


CHƯƠNG IV
ĐỀ XUẤT VÀ ỨNG DỤNG THỰC TẾ
1. Đề xuất dây chuyền công nghệ
Ứng dụng Hồ sinh học trong công nghệ xử lý nước thải công nghiệp dệt nhuộm
công suất Q = 1000 m3/ngày đêm.

Hồ sinh học tiếp nhận nước thải sau quá trình xử lý hóa lý và sinh học nước
thải. Ở đây hồ làm nhiệm vụ ổn định chất lượng nước sau quá trình xử lý, tiếp tục
oxi hóa phần chất hữu cơ còn lại trong nước thải nhờ các quá trình sinh hóa và
quang hóa diễn ra trong hồ. Hồ sinh học còn đóng vai trò chứa để cấp nước tuần
hoàn lại cho các quá trình sản xuất của các doanh nghiệp, cấp nước để rửa máy ép
bùn cũng như các nhu cầu vệ sinh khác của các doanh nghiệp, dự trữ nước chữa
cháy khi cần thiết; hồ còn tạo môi trường cảnh quan cho khu vực.
Trong điều kiện nhiệt đới với nhiệt độ trên 20 0C, các loại vi khuẩn gây bệnh
còn lại trong nước thải sau quá trình xử lý hóa lý và sinh học tiếp tục bị tiêu diệt
bởi tác động của bức xạ ánh sáng mặt trời.
Hồ sinh học còn đóng vai trò như một hồ sinh thái ổn định nước thải, tạo
cảnh quan khu vực và dự trữ nước để cấp cho quá trình sản xuất các cơ sở tẩy
nhuộm trong cụm công nghiệp,…
Chuẩn bị H SO ,
2

4

H2O2, FeSO4, PAC
Nước thải đầu
vào

Hoạt động theo mẻ

Song chắn rác
Bể lắng cát

Chuẩn bị
PAC

Trạm bơm cấp
I

Bùn khô đi
xử lý

Bể phản ứng
fenton
Bể chứa nước
sau fenton

Bể chứa nước
trước fenton
Trường hợp COD và
độ màu cao

Bể keo tụ

Bể lắng sơ
cấp

Bể điều hòa kết
hợp thổi khí sơ
bộ

Chuẩn
bịNaOH
Cấp khí

Máy ép bùn
khung bản

Bể nén bùn

Cụm bể xử lý
MBBR

Cấp khí

Bùn dư

Cấp khí
Đường nước thải
Đường bùn
Đường hóa chất
Đường cấp khí

Hồ sinh
học
Nước thải xả ra
nguồn loại A (QCVN
13:2008 và QCVN
40:2011)

18


19

Mặt bằng công trình XLNT có sử dụng hồ sinh học

Mặt bằng công trình XLNT có sử dụng hồ sinh học
20


2. Ứng dụng thực tế của hồ sinh học trong xử lý nước thải
2.1. Trên thế giới:
Ứng dụng Hồ sinh học trong xử lý nước thải đã được thực hiện ở nhiều nơi trên
thế giới. Tại miền Bắc Thụy Điển, bãi lọc trồng cây ngập nước được sử dụng để xử lý
bổ sung nước thải sau trạm xử lý nước thải đô thị với mục đích chính là khử ni tơ, mặc
dù hiệu quả xử lý tổng photpho và BOD cũng khá cao.
Năm 1991, bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm xử lý nước thải sinh hoạt đầu tiên
đã được xây dựng ở NaUy. Ngày nay, tại những vùng nông thôn ở Na Uy, phương
pháp này đã trở nên phổ biến để xử lý nước thải sinh hoạt nhờ các bãi lọc vận hành
hiệu quả với hiệu suất cao thậm chí cả vào mùa đông và yêu cầu bảo dưỡng thấp. Có
thể xây dựng bãi lọc ở nhiều điều kiện về vị trí. Mô hình quy mô nhỏ được áp dụng ở
Na Uy là hệ thống bao gồm bể tự hoại, tiếp đó là bể lọc sinh học hiếu khí dòng chảy
thẳng đứng và một bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang. Bể lọc sinh học hiếu khí
trước bãi lọc ngầm để loại bỏ BOD và thực hiện quá trình nitrat hóa trong điều kiện
khí hậu lạnh, nơi thực vật ngủ vào mùa đông.
Tại Đan mạch, hướng dẫn chính thức mới gần đây về xử lý tại chỗ nước thải
sinh hoạt đã được Bộ Môi trường Đan mạch công bố, áp dụng bắt buộc đối với các nhà
riêng ở nông thôn. Trong hướng dẫn này người ta đã đưa vào hệ thống bãi lọc ngầm
trồng cây dòng chảy thẳng đứng cho phép đạt hiệu suất loại bỏ BOD tới 95% và nitrat
hóa đạt 90 %. Hệ thống này bao gồm cả quá trình kết tủa hóa học để tách photpho
trong bể phản ứng lắng cho phép loại bỏ 90% photpho.
Hồ Dandora tại Kenya; trạm xử lý nước thải Tây Melbourne Australia;
Chappelle Thouaroult-Brittany, Ginebra-Colombia.

Tại Kenya, việc thi công hồ sinh học được chia làm 2 giai đoạn

21


Hồ sinh học tại Melbourne, Australia

22


Ngoài những ưu điểm đã nghiên cứu, các nghiên cứu khác tại Đức, Thái Lan,
Thụy Sĩ, Bồ Đào Nha… còn cho thấy bãi lọc trồng cây có thể loại bỏ vi sinh vật gây
bệnh trong nước thải sinh hoạt và nước thải đô thị; xử lý phân bùn bể phốt và và xử lý
nước thải công nghiệp, nước rỉ bãi rác… Không những thế, thực vật từ bãi lọc trồng
cây còn có thể chế biến, sử dụng làm nguyên liệu thức ăn cho gia súc, phân bón cho
đất, làm bột giấy, làm nguyên liệu sản xuất thủ công mỹ nghệ và là nguồn năng lượng
gần gũi, thân thiện với tự nhiên.
2.2. Tại Việt Nam: Ứng dụng hồ sinh học vào xử lý nước thải ở Việt Nam:
Phương pháp xử lý bằng bãi lọc ngầm trồng cây còn khá mới mẻ, bước đầu
đang được một số trung tâm công nghệ và trường đại học áp dụng thử nghiệm. Các đề
tài nghiên cứu gần đây áp dụng phương pháp này tại Việt Nam như “Xử lý nước thải
sinh hoạt bằng bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy thẳng đứng trong điều kiện Việt
Nam” của Trung tâm kỹ thuật môi trường đô thị và khu công nghiệp (Trường Đại học
Xây dựng Hà Nội); “Xây dựng mô hình hệ thống đất ngập nước nhân tạo để xử lý
nước thải sinh hoạt tại các xã Minh Nông, Bến Gót, Việt Trì” của trường Đại học
Quốc Gia Hà Nội đã cho thấy hoàn toàn có thể áp dụng phương pháp này trong điều
kiện tại Việt Nam.
Thành phố Ninh Bình xây dựng hệ thống xử lý nước thải ứng dụng công nghệ
hồ sinh học hiếu khí và hồ tùy nghi. Công suất 15.000 m3/ngày. Một số hình ảnh tại
công trường:

23


a. Xử lý nước thải cho khu chôn lấp rác ở Thanh Hóa

b. Trạm xử lý nước rác tại Hà Khẩu – Quảng Ninh

24


c. Trạm xử lý nước rác Khánh Sơn – Đà Nẵng

25