Xử lý nước thải đô thị và khu công nghiệp hồ sinh học

MỤC LỤC
MỤC LỤC...................................................................................................................................1
DANH MỤC HÌNH....................................................................................................................1
TỔNG QUAN.............................................................................................................................2
I. Phân Loại.............................................................................................................................5
1. Hồ kị khí..........................................................................................................................5
2. Hồ kị hiếu khí (hồ tùy tiện).............................................................................................8
3. Hồ hiếu khí....................................................................................................................10
II. Quá trình sinh học diễn ra trong hồ sinh học...................................................................14
(Theo “ Xử lý nước thải đô thị” - PGS.TS Trần Đức Hạ)....................................................16
Trong hồ sinh học, các loại tảo và vi khuẩn tự dưỡng, phân hủy hiếu khí CHC đóng vai trò
đối thủ kình địch của các loài vi khuẩn gây bệnh. Ngoài ra với thời gian nước lưu trong hồ
lớn (trên 5 ngày đêm), phần lớn các loài vi khuẩn gây bệnh còn lại sẽ bị tiêu diệt bởi các tia
cực tím của ánh sáng mặt trời...............................................................................................16
III. Vai trò, vị trí và điều kiện xử lý của hồ sinh học trong công nghệ xử lý nước thải........17
1. Vai trò ...........................................................................................................................17
2. Vị trí..............................................................................................................................18
3. Các điều kiện của nước thải đưa vào xử lý sinh học.....................................................18
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................................21

DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Hồ sinh học....................................................................................................................2
Hình 2: Hồ sinh học kị khí..........................................................................................................5
Hình 3: Phân hủy các chất hữu cơ trong hồ sinh học kỵ khí.......................................................7
Hình 4: Các quá trình xử lý BOD trong hồ sinh học kỵ hiếu khí...............................................8
Hình 5: Hồ sinh học hiếu khí....................................................................................................10

1


TỔNG QUAN

Hồ sinh học (còn gọi là hồ sinh học ổn định nước thải hoặc hồ sinh vật) là các
hồ lớn, không sâu, thường là hình chữ nhật có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo
nhưng thường do người đào, để cho dòng nước thải vào và ra. Trong hồ sinh học 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. Như vậy, các quá trình diễn ra trong hồ sinh học là một chu trình tự
nhiên, liên tục và là hiện tượng sống. Các yếu tố tự nhiên như nhiệt độ cao và giàu ánh
sáng mặt trời đã thúc đẩy sự phát triển nhanh của các loại vi sinh vật (chủ yếu là vi
khuẩn và vi tảo) để xử lý các chất hữu cơ trong nước thải, đặc trưng bằng BOD, theo
cả hai cách hiếu khí và kỵ khí. Các hồ này được sử dụng rộng rãi ở châu Âu và Nam
Mỹ, là loại công trình xử lý nước thải phù hợp với các nước đang phát triển ở vùng
khí hậu nóng.

Hình 1: Hồ sinh học
Quá trình xử lý nước thải thường được diễn ra trong hai hoặc nhiều hồ. Sự sắp
xếp thay thế về kích thước và độ sâu hồ có thể thúc đẩy quá trình hiếu khí ở hồ này
hoặc kỵ khí ở hồ kia. Trong quá trình xử lý kế tiếp, từng hồ có chức năng riêng và
chúng được thiết kế phù hợp với mục đích hoặc phần tử ô nhiễm cần được tách ra khỏi
nước thải. Dòng nước thải ra khỏi hồ sẽ giàu dinh dưỡng do nồng độ tảo lớn nhưng số
lượng các vi sinh vật gây bệnh và các sinh vật nguồn gốc từ chất thải sinh hoạt khác
giảm đáng kể [Mara và cộng sự, 1992; Mara và Pearson, 1987; U.S. EPA, 1977a].


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 CO 2, 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 60C. Hồ sinh học dùng xử lý nước thải bằng sinh học chủ yếu dựa vào quá
trình làm sạch của hồ.

2




Nhiệm vụ:

Nhiệm vụ chính của hồ sinh học là ổn định nước thải, khử triệt để các hợp chất
hữu cơ, dinh dưỡng, vi trùng, vi khuẩn gây bệnh xuống dưới ngưỡng tiêu chuẩn trước
khi xả vào nguồn nước mặt. Ngoài ra, hồ sinh học còn có nhiệm vụ:
- Nuôi trồng thuỷ sản.
- Nguồn nước để tưới cho cây trồng.
- Điều hoà dòng chảy.


Ưu điểm của hệ thống hồ sinh học: dễ xây dựng, giá thành thấp, tính
đệm lớn và hiệu quả xử lý cao.

- Dễ xây dựng: Đào đất là công việc chủ yếu (các hoạt động xây dựng khác rất
hạn chế). Sau khi đào, các công việc xây dựng hồ tiếp theo là hoàn thiện hố đào, xây
dựng cống nước thải vào và ra khỏi hồ, kè bờ bảo vệ hồ và nếu cần thiết, lót chống
thấm hồ. Ngoài ra cũng có thể tận dụng các ao hồ tự nhiên phù hợp để làm hồ sinh
học.
- Chi phí thấp: Do cấu tạo đơn giản, hồ ổn định nước thải là loại công trình rẻ
nhất so với các công trình xử lý nước thải khác. Hồ không cần có các thiết bị cơ điện
đắt tiền và không sử dụng nhiều điện năng. Các công nhân trình độ thấp, nếu được
giám sát chặt chẽ, cũng có thể vận hành và duy tu các hồ ổn định nước thải. Giá đất và
yêu cầu sử dụng đất có thể là yếu tố trở ngại chính đối với kỹ thuật hồ sinh học ổn
định nước thải.
- Tính đệm: Hồ sinh học ổn định nước thải có thể chịu được hàm lượng kim

loại nặng cao (đến khoảng 30 mg/l). Hồ còn có thể hấp phụ được hiện tưởng sốc hữu
cơ hoặc tải thủy lực trong dòng nước thải vào [Mara & Pearson, 1986].
- Hiệu quả cao: Các hệ thống hồ được thiết kế đúng có thể có hiệu suất xử lý
theo BOD trên 90%, theo nitơ từ 70-90% và theo phôtpho là 30-50%. Đặc biệt, hồ sinh
học ổn định nước thải có khả năng xử lý các loại sinh vật bài tiết gây bệnh cao. Thực
tế, các hồ sinh học được thiết kế đúng có thể diệt được 10 5 số vi khuẩn gây bệnh và có
thể đạt tới ngưỡng quy định của Tổ chức Y tế Thế giới (WHO) đối với nước tưới cây
[Mara và cộng sự, 1992; WHO, 2006; WHO, 1992].


Nhược điểm của hệ thống hồ sinh học:

Hiệu quả xử lý chất lơ lửng của hồ sinh học thấp hơn các công trình xử lý nước
thải khác do sự xuất hiện tảo trong dòng nước thải ra khỏi hồ. Mặc dù không đến mức
báo động, nhưng hàm lượng các chất lơ lửng trong nước thải ra khỏi hồ cao hơn so với
các công trình xử lý thứ cấp truyền thống. Thời gian lưu thủy lực lâu đi đôi với thể tích
hồ lớn để xử lý nước thải có thể là yếu tố hạn chế đối với quá trình này do yêu cầu
diện tích và chi phí đất sử dụng cao.


Phân loại hồ sinh học.
Theo quá trình sinh hóa, người ta chia hồ sinh vật ra các loại:
3


- Hồ kị khí.
- Hồ kị hiếu khí.
- Hồ hiếu khí.

4

I. Phân Loại
1. Hồ kị khí
1.1. Khái niệm
Là loại ao sâu, ít có hoặc không có điều kiện hiếu khí. Các VSV kị khí sống
không cần oxy không khí.Chúng sử dụng ở các hợp chất như nitrat, sulfat… để oxy
hóa các chất hữu cơ, các loại rượu và khí CH4, H2S, CO2,… và nước.

Hình 2: Hồ sinh học kị khí
1.2. Đặc điểm
-

Để lắng và phân hủy cặn lắng ở vùng đáy.

-

Loại ao hồ này có thể tiếp nhận loại nước thải (kể cả nước thải công nghiệp ) có độ
nhiễm bẩn lớn, tải trọng BOD cao và không cần vai trò quang hợp của tảo.

-

Nước thải lưu ở hồ kị khí sinh ra mùi hôi thối khó chịu. Vì vậy không nên bố trí
các hồ này gần khu dân cư và xí nghiệp chế biến thực phẩm.

-

Chiều sâu của bể nằm ở khoảng h=2.4 – 3.6m [Lâm Vĩnh Sơn, chương 4 Bài giảng
Kỹ thuật xử lý nước thải] (h= 2-5m [TS. Lều Thọ Bách, Hệ thống xử lý nước thải
chi phí thấp]. Để duy trì điều kiện kị khí và gữi ấm nước trong hồ trong những

ngày đông giá lạnh, chiều sâu hồ là khá lớn (từ 2-6m)

-

Diện tích mặt thoáng không cần lớn. Thời gian lưu nước có thể dài, nhưng cần
tính toán sao cho mùa hè chỉ cần lưu nước từ 1.5 đến 2 ngày, mùa đông là 5 ngày,
với thời tiết của khu vực miền đồng và nam bộ . BOD trong hồ này vào mùa hè có
thể khử tới 65-80%, mùa đông có thể khử tới 45-65%.

5


-

Cấu tạo của hồ nên có 2 ngăn, 1 ngăn làm việc và 1 ngăn dự phòng khi vét bùn
cặn.
+ Cửa dẫn nước vào ao hồ nên đặt chìm đảm bảo cho việc phân phối cặn đồng
đều trong hồ. Cửa xả nước ra khỏi hồ theo kiểu thu nước bề mặt, có tấm ngăn bùn
không cho ra cùng với nước.
+ Ở thành phố có vùng ngoại ô rộng và nhiều đầm phá trũng có thể cải tạo
thành các đầm hồ kị khí để xử lý nước thải. Trên thế giới đã có thành phố xử lý
nước thải trong hồ có bề mặt tới 5km2.
+ Các hồ kị khí có thể xây dựng nhiều bậc. Chiều sâu của bậc sau lớn hơn bậc
trước. Hồ 1 bậc thường có diện tích 0,5-7ha, nhiều bậc diện tích mỗi bậc 2,25ha.

Nước thải dẫn vào hồ được đặt chìm đảm bảo cho việc phân phối cặn đồng đều
trong hồ. Cửa xả nước ra khỏi hồ theo kiểu thu nước bề mặt và có tấm ngăn bùn không
cho ra cùng với nước. Hồ có ý nghĩa giống như một bể tự hoại hở. Các loại cặn trong
nước thải lắng xuống đáy hồ tạo thành lớp bùn cặn. Và tại đây quá trình lên men kỵ
khí nhờ các loại vi khuẩn tạo axit, vi khuẩn tạo aceton và vi khuẩn tạo mêtan thực hiện

trong điều kiện nhiệt độ trên 15°C (xem hình 1.1)
Loại ao hồ này có thể tiếp nhận nhiều loại nước thải (kể cả nước thải công
nghiệp) có độ nhiễm bẩn lớn, tải BOD cao và không cần vai trò quang hợp của tảo.
1.3. Thiết kế
Nước thải dẫn vào hồ được đặt chìm đảm bảo cho việc phân phối cặn đồng đều
trong hồ. Cửa xả nước ra khỏi hồ theo kiểu thu nước bề mặt và có tấm ngăn bùn không
cho ra cùng với nước. Hồ có ý nghĩa giống như một bể tự hoại hở. Các loại cặn trong
nước thải lắng xuống đáy hồ tạo thành lớp bùn cặn. Và tại đây quá trình lên men kỵ
khí nhờ các loại vi khuẩn tạo axit, vi khuẩn tạo aceton và vi khuẩn tạo mêtan thực hiện
trong điều kiện nhiệt độ trên 15°C (xem hình 1.1)
Loại ao hồ này có thể tiếp nhận loại nước thải (kể cả nước thải công nghiệp) có
độ nhiễm bẩn lớn, tải BOD cao và không cần vai trò quang hợp của tảo.
Việc tính toán thiết kế hồ chủ yếu là theo kinh nghiệm:
- Diện tích: Skỵ khí = (10-20%) Skỵ hịếu khí
- Chiều sâu: h = 2.4-3.6
- Thời gian lưu nước:
+ Mùa hè: 1.5 ngày
+ Mùa đông: > 5 ngày
- Hiệu suất xử lý BOD (E% BOD)
+ Mùa hè: 65-80%
+ Mùa đông: 45-65%

6


Hình 3: Phân hủy các chất hữu cơ trong hồ sinh học kỵ khí

7

2. Hồ kị hiếu khí (hồ tùy tiện)
2.1. Khái niệm
Là loại ao hồ rất phổ biến trong thực tế, đó là kết hợp của 2 quá trình song song:
phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ hòa tan trong nước và phân hủy kị khí (sản phẩm
chủ yếu là CH4) cặn lắng ở vùng đáy.
2.2. Đặc điểm
Hồ tùy tiện xét theo chiều sâu có 3 vùng: lớp trên là vùng hiếu khí (VSV hếu
khí hoạt động) vùng giữa là vùng kị khí tùy tiện(VSV tùy tiện hoạt động), vùng đáy
sâu là vùng kị khí (vi khuẩn lên men Metan hoạt động)
Nguồn oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong nước khuếch
tán qua mặt nước do sóng gió và nhờ tảo quang hợp dưới tác dụng của ánh sang mặt
trời. Nồng độ oxy hòa tan ban ngày nhiều hơn ban đêm. Vùng hiếu khí chủ yếu ở lớp
nước mặt có độ sâu 1m. Vùng kị khí ở đáy hồ. Các chất hữu cơ bị phân hủy kị khí sinh
ra các khí CH4, H2S, H2, N2, CO2…chủ yếu là CH4. Quá trình này phụ thuộc nhiều vào
nhiệt độ. Ở nhiệt độ cao quá trình lên men xảy ra nhanh hơn. Phân hủy kị khí sinh ra
các khí có mùi hôi và có thể gây cháy nổ hoặc gây ô nhiễm bầu khí quyển ,có thể gây
chết người nếu ngửi phải hỗn hợp thoát ra từ bể kị khí với nồng độ cao.
Trong hồ thường hình thành 2 tầng phân cách nhiệt: tầng nước phía trên có
nhiệt độ cao hơn tầng dưới. Tầng trên có tảo phát triển, tiêu thụ CO 2 làm pH nước
mang tính kiềm có khi lên tới 9,8. Tảo phát triển mạnh thành lớp dày rồi chết và tự
phân làm cho nước thiếu oxy hòa tan, ảnh hưởng đến VSV hiếu khí, còn các VSV kị
khí tùy tiện hoạt động mạnh. Trong trường hợp này nên khuấy đảo nước hồ để tránh
hồ bị quá tải chất hữu cơ.

Hình 4: Các quá trình xử lý BOD trong hồ sinh học kỵ hiếu khí
2.3. Thiết kế
Nếu trong nước có nồng độ kim loại nặng cao thì cần dùng các biện pháp hấp
phụ, trao đổi ion,…Quần thể vi tảo trong hồ rất mẫn cảm với độ độc của KLN.
8

- Xây dựng hồ nên chọn chiều sâu khoảng h=1-1,5m,
- Tỉ lệ chiều dài và chiều rộng là D:R = (1:1 - 1:2). Tuy nhiên, bờ thường có độ
dốc: đáy D:R = (1:1 – 1,5:1) bờ (mặt) D:R = (2:1 – 2,5:)
- Diện tích hồ: Những nơi nhiều gió, diện tích hồ nên thiết kế rộng, nơi ít gió
xây hồ nhiều ngăn.
- Đáy hồ cần phải lèn chặt để chống thấm, nếu đáy dễ thấm phủ lớp đất sét dày
15cm. Bờ hồ nên gia cố chắc chắn tránh xói lở.
- Nên trồng cỏ dọc trên bờ hồ, cách mặt taly và đáy 30 cm phải gia cố bê tông.
- Hiệu quả xử lý:

E=

Lt
1
=
La 1 + k t t

Với
+ La: BOD5 nước thải (mg/l)
+ Lt: BOD5 đã xử lý
+ t: t/g lưu nước thải
+ kt: Hệ số phụ thuộc vào nhiệt độ
kt=k20C(t-20)
+ Đối với nước thải sinh hoạt: 0,5+ Đối với nước thải công nghiệp 0,3+ Với nước hồ tự nhiên C=1,035-1,074
+ Với hồ tiếp khí nhân tạo C=1,045
- Thời gian lưu nước trong hồ:

t=

La − Lt
k t Lt

9


3. Hồ hiếu khí

3.1. Khái niệm
Là các hồ mà quá trình oxy hóa xảy ra chủ yếu nhờ các VSV hiếu khí. Ngoài chức
năng xử lý chất hữu cơ hồ sinh học hiếu khí còn có chức năng diệt các loại vi khuẩn
gây bệnh (thay cho bể khử trùng nước thải).
Phương pháp hiếu khí dựa trên nguyên tắc là các vi sinh vật hiếu khí phân hủy các
chất hữu cơ trong điều kiện có oxy:
VSV
C x H y Oz N + ( x + y / 4 + z / 3 + 3 / 4)O2 
→ xCO2 +

y −3
H 2 O + NH 3 + năng
2

lượng.
VSV
C x H y Oz N + NH 3 + O2 
→ C5 H 7 NO2 + CO2 + năng lượng

Nếu tiếp tục quá trình oxy hóa, khi không đủ chất dinh dưỡng, quá trình chuyển hóa

các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng oxy hóa chất liệu tế bào (tự oxy hóa):
C5 H 7 NO2

+ 5O2

VSV

→ H2O + 5O2 + NH3 + năng lượng

VSV
VSV
NH 3 + O2 

→ HNO2 + O2 
→ HNO3

Hình 5: Hồ sinh học hiếu khí

3.2 Đặc điểm
Hồ sinh học hiếu khí xử lý triệt để nước thải (gọi tắt là hồ xử lý triệt để ) dùng
khi nước thải có tải trọng BOD thấp (dưới 10kg/ha.ngày). Hồ thường được thiết kế để
khử các nguyên tố dinh dưỡng (N, P) và khử trùng nước thải trước khi thải ra nguồn
tiếp nhận với yêu cầu làm sach cao.

10


Hồ sâu từ 1- 2m. thời gian lưu nước thường từ 5 đến 20 ngày. Hiệu quả xử lý
BOD thường là 30 – 60%. Các loại vi khuẩn và trứng giun sáng được tiêu diệt hầu hết
nhờ tảo, vi khuẩn hiếu khí và tia cực tím từ ánh sáng mặt trời. Do nồng độ BOD của

dòng nước thải vào hồ thấp (dưới 70 mg/l) nên hồ thường là bậc cuối cùng của hồ sinh
học ổn định.
Hồ sinh học hiếu khí có 2 dạng:
-Hồ làm thoáng tự nhiên : oxy từ không khí dễ dàng khuếch tán vào lớp nước mặt
cùng với lượng ánh sáng mặt trời dồi dào nên tảo phát triển mạnh , hô hấp nhả ra oxy
làm chỉ tiêu DO cao thuận lợi cho các VSV hiếu khí hoạt động. Để đảm bảo DO đồng
đều trong toàn bộ thể tích khối nước thì chiều sâu của hồ phải nhỏ, thường là 3040cm. Do chiều sâu nhỏ nên diện tích mặt thoáng hồ càng lớn càng tốt. Tải trọng của
hồ khoảng 250-300 kg BOD5/ha.ngày. Thời gian lưu nước từ 3-12 ngày tương đối dài
nên hiệu quả làm sạch có thể tới 80-90% BOD, mầu nước chuyển dần sang màu xanh
của tảo.
-Hồ làm thoáng nhân tạo: nguồn oxy do các thiết bị khuấy cơ học hoặc khí nén. Nhờ
thế mức độ hiếu khí sẽ mạnh hơn đều hơn và độ sâu hồ lớn hơn 2-4,5m. Tải trọng của
hồ khoảng 400kg BOD5/ha.ngày. Thời gian lưu nước từ 1-3 ngày có khi dài hơn.
Quá trình xử lý nước thải trong hồ hiếu khí nhân tạo về cơ bản giống quá trình
trong aeroten chỉ khác ở 2 điểm:
.Không dùng bùn hoạt tính hồi lưu từ lắng 2. Vì vậy nồng độ bùn trong hồ rất
nhỏ. Có thể coi phản ứng xảy ra là phản ứng bậc 1 trong điều kiện khuấy trộn hoàn
chỉnh.
. Tuổi của bùn Өc tính bằng thời gian lưu nước trong hồ t =V/Q. Thời gian lưu
gần đúng dựa trên áp dụng môđen của Monod cho hồ khuấy trộn hoàn toàn.

3. Cơ sở tính toán hồ sinh học hiếu khí
 Khả năng khử BOD5 tính theo công thức :
S/S0 =1/(1+ KT×t)
Trong đó:
- S0 và S là BOD5 trước và sau khi xử lý ( mg/l )
- t : thời gian lưu nước ( ngày )
- KT : phụ thuộc vào nhiệt độ T°C : KT = K20×ӨT˗20
- Với T>10°C thì KT = K20× 1,07T-20
- Ө là hằng số , với hồ tự nhiên Ө =1,035-1,0784, với hồ hiếu khí nhân tạo

Ө=1,045
-

K20 : hằng số xử lý BOD5 theo phản ứng bậc 1 ở 20°C (ngày-1 )

-

K20 dao động từ 0,3-0,5 phụ thuộc vào chất lượng nước thải, cường độ
khuấy trộn và nhiệt độ nước
11


 Lượng bùn hoạt tính sinh ra trong hồ do quá trình khử BOD tính theo
công thức :
X = Y× ( S0˗S)/(1 + Kd×t)

(mg/l)

Kd : hệ số phân hủy nội bào (ngày-1)
Y : hệ số tạo bùn max tính theo bùn tạo ra khi khử 1mg BOD5 (mg/mg)
. Chất lượng nước sau xử lý
 BOD5 giảm, cặn lắng gồm chất rắn lơ lửng (SS) với lượng bùn X (mg/l)
tạo thành và có thể thêm sinh khối tảo
. Lượng oxy trong xử lý nước thải
Lượng oxy cần thiết gồm phần để khử BOD , oxy hóa NH 4+ thành NO3- được tính theo
công thức:
OC0= Q×(S0 ˗ S)/1000×f -1,42×Px + 4,57× Q×(N0 –N)/1000 (kgO2/ngày)
Trong đó:
- OC0: lượng oxy cần thiết ở đktc của phản ứng là 20°C
- Q: lượng nước thải cần xử lý (m3/ngày)

- S0, S : BOD5 đầu vào , đầu ra (g/m3)
- f :hệ số chuyển đổi BOD5 ra COD hay BOD20, thường f = 0,45-0,68
- Px : phần sinh khối ra ngoài xả theo bùn dư =Yb×Q×(S0-S)×1000 (kg/ngày)
- 1,42 : hệ số chuyển đổi từ sinh khối ra COD
-

N0,,N: tổng nitơ đầu vào, đầu ra (g/m3)

-

4,57 : hệ số sử dụng oxy khi oxy hóa NH4+ thành NO3-

Lượng oxy cần thiết trong điều kiện thực tế:
OCt = OC0×( Cs20/(β×Csh-Cd))/(1,024T-20×α)
Trong đó
-

β: hệ số điều chỉnh sức căng bề mặt theo hàm lượng muối. Đối với nước thải
thường lấy β=1

-

Csh: nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ở T°C (mg/l)

-

Cs20: nồng độ oxy bão hòa trong nước sạch ở 20°C (mg/l)

-

Cd: nồng độ oxy cần duy trì trong ao hồ (mg/l)
12


-

Khi xử lý nước thải Cd =1,5-2 mg/l

-

α: hệ số điều chỉnh lượng oxy tổn hao do các phần tử có trong nước thải, như
các chất hoạt động bề mặt, loại thiết bị làm thoáng ,hình dạng và kích thước
bể…

Trong thực tế, xây ngăn hồ sục khí với trang bị bộ sục khí hợp lý sẽ cho hiệu
quả xử lý cao. Ngược lại, sự phân tán bong kết của bùn hoạt tính (độ tuổi bùn hoạt tính
nhỏ mức độ ổn định bị hạn chế) cũng như sự phát triển của tảo làm cản trở sự phân tán
các chất lơ lửng. Do vậy, khi xử lý nước thải đô thị, nồng độ các chất huyền phù dao
động trong khoảng 20-50mg/l. Sau hồ sục khí nên xây dựng 1 bể lắng (lắng 2) sẽ giảm
được chỉ số này. Thời gian lưu nước ở hồ sục khí là 10 ngày, trong điều kiện khí hậu
ôn hòa giảm BOD được 80-90% nếu ở nhiệt độ cao hơn sẽ rút ngắn được thời gian.
Hiệu quả khử vi khuẩn phụ thuộc thời gian lưu nước trong hồ. Vệ mặt này, hồ có sục
khí không hiệu quả bằng các ao hồ tự nhiên. Chính vì thế, các ao hồ tự nhiên còn có
tên là các ao hồ ổn định. Bể lắng 2 có thể làm bằng đất, sâu 1-2m, nền đất nên hoặc
đáy lát đá hoặc tấm betong. Không nên để lưu nước trong bể lắng quá 2 ngày để tránh
rong tảo phát triển

13

II. Quá trình sinh học diễn ra trong hồ sinh học
Hồ sinh học là các thủy vực tự nhiên hoặc nhân tạo, với quy mô nhỏ sẽ diễn ra
quá trình chuyển hóa các chất bẩn. Quá trình này tương tự như quá trình tự làm sạch
trong các sông hồ tự nhiên với vai trò chủ yếu là các loại vi khuẩn và tảo.
Khi vào hồ, do vận tốc dòng chảy nhỏ, các loại cặn lắng xuống đáy. Các chất
bẩn hữu cơ còn lại trong nước sẽ được vi khuẩn hấp phụ và ôxy hóa mà sản phẩm tạo
ra là sinh khối của nó, CO2, các muối nitrát, nitrít... Sự phân hủy chất hữu cơ được
thực hiện nhờ sinh vật mà chủ yếu là vi khuẩn, một phần nhỏ nhờ Protozoa. Vi khuẩn
sẽ tạo thành CO2 và nước trong điều kiện hiếu khí; tạo axit hữu cơ trong điều kiện
yếm khí. Khí cacbonic và các hợp chất nitơ, phốt pho được rong tảo sử dụng trong quá
trình quang hợp. Trong giai đoạn này sẽ giải phóng ôxy cung cấp cho quá trình ôxy
hóa 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.
Do quá trình hoạt động quang hợp của tảo trong hồ, các ion carbonat và
bicarbonat thực hiện các phản ứng cung cấp nhiều dioxit cácbon cho tảo và nhiều ion
hydroxyl được giải phóng, pH của nước có thể tăng lên đến gần 9,4 (Mara, 2005). Quá
trình quang hợp làm pH tăng đi đôi với cường độ bức xạ trong hồ lớn. Đây chính là
yếu tố kìm hãm phát triển của vi khuẩn gây bệnh (Mara, 2005). Nước xáo trộn tốt, vì
do gió thổi trên tầng mặt tạo nên sự phân bố đồng nhất BOD, oxy hòa tan, vi khuẩn và
tảo. Đó là các yếu tố chính làm tăng mức độ ổn định chất thải trong hồ (Mara và
Pearson, 1987). Hệ thống hồ sinh học có thể loại bỏ được 80% Nitơ (Mara và các
người khác, 1992). Phốt pho được loại bỏ khỏi nước trong hồ ổn định bằng cách hấp
thụ vào sinh khối của tảo, hô hấp và lắng đọng (Mara và Pearson, 1986).
Khi nước 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 cón lại lơ lửng trong nước sẽ được vi khuẩn
hấp thụ và oxy hóa. Ở gần sát mặt nước tồn tại nhiều vi sinh vật hiếu khí, tại đây oxy
được cung cấp từ quá trình hòa tan từ không khí do chuyển động của song, gió. Lượng
oxy hòa tan này không nhiều nhưng khá ổn định, lượng oxy có trong tầng nước do sự
quang hợp của tảo. Nhờ có oxy quá trình chuyển hóa hiếu khí của vi sinh vật xãy ra
mạnh, chất hữu cơ nhanh chóng bị phân hủy cho sản phẩm là sinh khối, co2, các muối

nitrat, nitrit…
Khí CO2 và hợp chất N,P lại được rong tảo sử dụng trong quá trình quang hợp.
Trong giai đoạn này sẽ giải phóng oxy, cung cấp cho quá trình oxy hóa 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 hóa vật chất. Tuy nhiên trong trường hợp nước thải đậm đặt chất hữu cơ,
tảo có thể chuyển từ hình thức tự dưỡng sang dị dưỡng và tham gia vào quá trình oxy
hóa chất hữu cơ. Nấm, xạ khuẩn có trong nước thải cũng thực hiện vai trò tương tự.
14


Ở phần đáy hồ, các chất hữu cơ có tỷ trọng lớn lắng xuống thường đây là các
chất khó phân hủy, trong môi trường đáy hồ rất thiếu oxy nên vi sinh vậy yếm khí phát
triển. Các vi sinh vật này tham gia chuyển hóa chất hữu cơ thành các axit hữu cơ, rượu
để vi sinh vật khác tiếp tục chuyển hóa thành khí CH 4, H2S, CO2, NH3…Trong đó CO2
và NH3 có ý nghĩa 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 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 lượng oxy tạo ra một phần bay vào không khí, một phần được vi
sinh vật hiếu khí sử dụng nên sự ảnh hưởng đến vi sinh vật hiếu khí là không đáng kể.
Phần đáy hồ khi rong tảo chết thì xác của chúng sẽ là chất dinh dưỡng cho vi sinh vật
đáy hồ phát triển. Như vậy rong tảo không chỉ có tác dụng tích cực đến sự chuyển hóa
vật chất(quá trình quang hợp) mà còn tác động tích cực đến vi sinh vật hiếu khí và
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 các vi sinh vật hiếu khí nhưng
lại là yếu tố giúp tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh có 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 ngày lượng oxy cao hơn ban đêm, điều này chứng tỏ lượng
oxy có trong hồ ở điều kiện tự nhiên là do quá trình quang hợp của tảo và thực vật.

Yếu tố chính đảm bảo quá trình chuyển hóa chất hữu cơ trong hồ sinh vật là
oxy và nhiệt độ. Ở tầng nước mặt do có oxy khuếch tán từ không khí và oxy quang
hợp, quá trình oxy hóa các chất hữu cơ diện ra mạnh, thế năng oxy hóa khử trong hồ
giảm dần theo chiều sâu hồ. Ở tầng nước sâu, hàm lượng oxy hòa tan giảm tạo điều
kiện yếm khí, vi khuẩn phải sử dụng oxy lien kết từ NO2-, NO3-, SO4- để oxy hóa
chất hữu cơ. Trong lớp cặn đáy, các chất hữu cơ thường phân hủy bằng cách lên men
sản phẩm tạo ra là CH4, H2S…
Theo chiều chuyển động của nước thải, hồ sinh vật chia làm 3 vùng khác nhau :
-

Vùng polyxaprobe (p) : Tại đây diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ dễ bị
oxy hóa sinh hóa, lên men cặn lắng nhờ vi khuẩn.

-

Vùng Ɣ-mezoxaprobe: Tại đây phân hủy mạnh các chất hữu cơ, các hợp chất
hữu cơ tồn tại ở dạng ammonia. Hàm lượng oxy hòa tan thấp, vi khuẩn tùy tiện
phát triển mạnh.

-

Vùng З-mezoxapro: Đây là vùng ổn định với hàm lượng BOD không cao, hàm
lượng NO3-,PO4- lớn là nguyên nhân gây nên sự phú dưỡng hóa. Trong vùng
này xuất hiện nhiều tảo lục đơn bào, động vật nguyên sinh.

15


(Theo “ Xử lý nước thải đô thị” - PGS.TS Trần Đức Hạ)
Trong hồ sinh học, các loại tảo và vi khuẩn tự dưỡng, phân hủy hiếu khí CHC đóng

vai trò đối thủ kình địch của các loài vi khuẩn gây bệnh. Ngoài ra với thời gian
nước lưu trong hồ lớn (trên 5 ngày đêm), phần lớn các loài vi khuẩn gây bệnh
còn lại sẽ bị tiêu diệt bởi các tia cực tím của ánh sáng mặt trời.

16


III. Vai trò, vị trí và điều kiện xử lý của hồ sinh học trong công nghệ xử lý nước
thải.
1. Vai trò
Hồ sinh học có tác dụng khử triệt để các CHC, dinh dưỡng, vi trùng, vi khuẩn
gây bệnh xuống dưới ngưỡng tiêu chuẩn trước khi xả vào nguồn nước mặt.
Ứng dụng của các loại hồ sinh học:
Phân
loại

Các đặc điểm

Các ứng dụng

a) Hồ xử lý
chậm

Được thiết kế sao cho
điều kiện hiếu khí đạt
được suốt chiều sâu
của ao, hồ.

Xử lý chất hữu cơ hòa
tan và nước thải đã

qua xử lý sơ cấp

b) Hồ cao tốc

Được thiết kế để đạt
sản lượng cao.

Loại các chất dinh
dưỡng, chất hữu cơ
hòa tan

c) Hồ xử lý
cấp ba

Giống như hồ xử lý
chậm nhưng lưu
lượng nạp chất hữu cơ
rất thấp

Xử lý cấp ba nước thải
từ hệ thống xử lý thứ
cấp để đạt chất lượng
cao hơn

Kết hợp Hồ Facultative
hiếu khí- có thông khí
kị khí
(có
thông
khí)

Sâu hơn hồ xử lý cao
tốc; thiết bị thông khí
và quá trình quang
hợp cung cấp oxy cho
hệ thống ở lớp nước
mặt; ở lớp giữa là quá
trình kị khí không bắt
buộc; lớp đáy hồ là
quá trình kị khí

Xử lý nước thải qua
lọc hoặc chưa qua lọc,
nước thải công nghiệp

Kết hợp
hiếu khí
- kị khí
(nguồn
oxy từ
tảo)

Giống như ở trên
nhưng không có thiết
bị thông khí

Xử lý nước thải qua
lọc hoặc chưa qua lọc,
nước thải công nghiệp

Hiếu khí

Tên thông
dụng

Hồ facultative

17


Kị khí

Hồ xử lý kị khí Điều kiện kị khí trong Xử lý nước thải đô thị,
toàn hồ, thường có
nước thải công nghiệp
thêm hồ hiếu khí hoặc
facultative để xử lý
tiếp nước thải sau giai
đoạn kị khí này.

Kị khí
kết hợp
với kị
khí hiếu khí

Hệ thống hồ
xử lý

Kết hợp giữa các loại
hồ đã nêu trên.

Thường có thêm giai
đoạn hoàn lưu nước
từ hồ hiếu khí sang hồ
kị khí.

Xử lý triệt để nước
thải đô thị với hiệu
suất khử vi sinh vật
gây bệnh cao.

Nguồn: Wastewater Engineering: treatment, reuse, disposal, 1991
2. Vị trí
Hồ được thiết kế để xử lý các dòng thải từ các công trình xử lý thứ cấp: nước
sau aeroten, sau lọc sinh học.
3. Các điều kiện của nước thải đưa vào xử lý sinh học
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 Nitơ, Photpho , các dạng chất
béo …và một số thành phần vô cơ như H2S, sulfit, amoniac, …có thể đưa vào xử lý
sinh học
Cơ chế của quá trình xử lý là dựa trên sự phân hủy chất bẩn của các vi sinh vật
có sẵn trong các thủy vực. Do đó, việc tạo môi trường thuận lợi cho các VSV phát
triển là điều kiện quan trọng nhất. Vì vậy ngoài yếu tố về nguồn thức ăn thì nước thải
phải đảm bảo một số chỉ tiêu: không có các độc tố gây chết hay ức chế hoạt động của
VSV. Quần thể vi tảo trong hồ rất mẫn cảm với độ độc của kim loại nặng, một số
nguyên tố vi lượng cần thiết phải ở trong giới hạn cho phép : Fe, Zn, Cu …còn những
kim loại nặng như : Cd, As, Hg …thì tuyệt đối không có.. Nếu trong nước có nồng độ
kim loại nặng cao thì cần dùng các biện pháp hấp phụ, trao đổi ion,…

18


Những quá trình tự nhiên xảy ra ở sông, suối, ao, hồ có những điều kiện thuận
lợi như quá trình pha loãng, mặt bằng có sẵn, diện tích mặt thoáng lớn thuận lợi cho sự
khuếch tán Oxi vào nước cần thiết cho các VSV hiếu khí. Bên cạnh đó thì hạn chế là
môi trường tự nhiên gồm hỗn tạp nhiều chủng VSV với số lượng và chất lượng không
đồng đều do không được qua tuyển chọn nên hoạt lực không cao do đó thời gian xử lý
rất dài và tải trọng cơ chất không được cao quá tránh việc các VSV bị quá tải. Ngoài ra
,vì là điều kiện tự nhiên nên việc kiểm soát các quá trình và các thông số sẽ không dễ
dàng như các công trình nhân tạo.Đây là một phương pháp đơn giản nhất và đã được
áp dụng từ xa xưa. Phương pháp này không yêu cầu kỹ thuật cao, vốn đầu tư ít, chi phí
hoạt động rẻ tiền, quản lý đơn giản mà hiệu quả cũng khá cao.

19


IV. Bảo dưỡng và vận hành
Bảo dưỡng các thiết bị xử lý sơ cấp: Đây là công việc bắt buộc phải tiến hành
thường nhật. Các tạp chất sót lại ở các công trình xử lý sơ cấp phải được vứt bỏ hàng
ngày. Công việc này thường chỉ cần dụng cụ cào gạt đơn giản. Các mảnh vụn vỡ sẽ
được thu gom và chuyển đến bãi rác công cộng hoặc chôn lấp ở sân phơi.
Làm quang bờ: với nguyên tắc cơ bản là kiểm soát chặt chẽ các loài thực vật ven
bờ. Xung quanh hồ không được có các loài cây bụi [U.S. EPA, 1977a]. Cỏ phải được
di chuyển đi ngay sau khi cắt gặt để tránh rơi xuống hồ. Các bộ phận ngập dưới nước
của thực vật là nơi ẩn náu lý tưởng cho bọ gậy. Phần thực vật nổi trên nước là “đường
băng cất cánh” cho muỗi trưởng thành [BCEOM, 1990]. Làm quang bờ có thể được
tiến hành thủ công hoặc cơ giới hóa nhưng tránh dùng thuốc diệt cỏ (vì loại hóa chất
này sẽ tác động xấu hoặc tiêu diệt quần thể tảo cũng như phá hoại cơ chế xử lý sinh
học trong nước hồ).

Làm sạch đường dẫn nước vào và ra khỏi hồ: váng, các chất nổi và các tạp chất
khác phải được làm sạch khỏi đường dẫn nước vào và ra khỏi hồ.
Thu gom các hợp chất nổi và thực vật nổi có kích thước lớn: Cần thu gom và loại
bỏ các chất nổi, thực vật nổi dạng lớn (hoặc bất kỳ vật thể nào tạo ra bóng râm trên
mặt hồ và gây xáo trộn quá trình quang hợp của tảo) ra khỏi hồ sinh học tùy tiện và hồ
sinh học xử lý triệt để. Tuy nhiên, cần giữ lại các chất trên trong hồ sinh học kỵ khí vì
chúng giúp duy trì môi trường yến khí của hồ và giảm đến mức tối thiểu mùi hôi [U.S.
EPA, august 1977a].
Sửa chữa các hư hại ở bờ hồ, hàng rào, cửa…
Với ao hồ hiếu khí và tùy tiện cần loại bùn và tảo, thay nước và làm cỏ thường
xuyên.
Với ao kị khí 2-3 năm mới loại bùn.

20


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. PGS.TS Hoàng văn Huệ, PGS.TS Trần Đức Hạ,Thoát nước - tập II- Xử Lý Nước
thải, nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
2. GS.TS Lâm Minh Triết , Nguyễn phước Dân , Nguyễn thanh Hùng Xử lý nước thải
đô thị và công nghiệp. Tính toán thiết kế công trình , NXB ĐHQG – HCM , 2009.
3. PGS.TS Nguyễn Văn Phước, Xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học, viện môi
trường và tài nguyên, ĐHQD TP.HCM, 2007.
4. PGS.TS Nguyễn Văn Phước, Giáo trình Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh
học, 2011;
5. Trịnh xuân lai, Nguyễn Trọng Dương, Giáo trình Xử lý nước thải công nghiệp,
NXB Xây dựng-2005;
6. Ths Lâm Vĩnh Sơn, Bài giảng Xử lý nước thải, 2010.
7. TS. Lều Thọ Bách, Hệ thống xử lý nước thải chi phí thấp.

21