Nghiên cứu, ứng dụng mô hình lọc tái tuần hoàn nước thải khu ký túc xá trường đại học nông lâm bằng sét kabenlis 3

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐH NÔNG LÂM
KHOA MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÔ HÌNH LỌC TÁI TUẦN HOÀN
NƯỚC THẢI KHU KÝ TÚC XÁ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
BẰNG SÉT KABENLIS 3
Mã số: T2016 – 21

Chủ nhiệm đề tài: ThS. Hoàng Thị Lan Anh

Thái Nguyên, tháng 03 năm 2016


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐH NÔNG LÂM
KHOA MÔI TRƯỜNG

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

TÊN ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG MÔ HÌNH LỌC TÁI TUẦN HOÀN
NƯỚC THẢI KHU KÝ TÚC XÁ TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM
BẰNG SÉT KABENLIS 3
Mã số: T2016 – 21

Chủ nhiệm đề tài

Xác nhận của Hội đồng nghiệm thu
- Chủ tịch hội đồng:…………………………
- Phản biện 1:………………………………..
- Phản biện 2:………………………………..

Thái Nguyên, tháng 03 năm 2017


DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU VÀ ĐƠN VỊ
PHỐI HỢP CHÍNH
1. Đơn vị phối hợp
STT
1

Đơn vị phối hợp

Địa chỉ

Viện Kỹ thuật và Công Số 3, ngõ 52/3 - Quan Nhân - Trung Hòa
- Cầu Giấy - Hà Nội
nghệ môi trường

2. Thành viên tham gia nghiên cứu đề tài
STT
Đơn vị phối hợp
1
ThS. Dương Thị Minh Hòa

Địa chỉ
Khoa Môi trường, Đại học Nông lâm
Thái Nguyên


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT
1

Kí hiệu
BVMT

Ý nghĩa
Bảo vệ môi trường

2

BXD

Bộ xây dựng

3

BTNMT

Bộ Tài nguyên Môi trường

4

CTR

Chất thải rắn

5

CP

Chính phủ

6

NĐ

Nghị định

7

KTX

Ký túc xá

8

TT

Thông tư

9

TCVN

Tiêu chuẩn Viết Nam

10

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

11

TCTK

Tổng cục thống kê

12

VSV

Vi sinh vật

13

UBND

Uỷ ban nhân dân


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1

Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU ............................................................. 3
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước ........................................... 3
1.1.1. Nước thải sinh hoạt ............................................................................ 3
1.1.2. Thành phần nước thải sinh hoạt .......................................................... 3
1.1.3. Các biện pháp xử lý nước thải sinh hoạt đang áp dụng ....................... 6
1.1.4. Tổng quan về các hạt vật chất lơ lửng trong nước và hợp chất keo đông tụ 7
1.2. Tổng quan tình hình ngoài nước ............................................................. 21
1.3. Keo đông tụ Kabenlis ............................................................................ 22
1.4. Cách tiếp cận ......................................................................................... 23
Chương 2: ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI, NỘI DUNG NGHIÊN CỨU VÀ
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU................................................................. 24
2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu........................................................... 24
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu....................................................................... 24
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu .......................................................................... 24
2.2. Địa điểm và thời gian nghiên cứu ........................................................... 24
2.3. Nội dung nghiên cứu .............................................................................. 24
2.4. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................ 24
2.4.1. Phương pháp thu thập số liệu ........................................................... 24
2.4.2. Phương pháp phỏng vấn ................................................................... 25
2.4.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm ......................................................... 25
2.4.4. Phương pháp thống kê xử lý số liệu ................................................. 28
2.4.5. Phân tích mẫu................................................................................... 28
Chương 3: CÁC KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐẠT ĐƯỢC.......................... 29
3.1. Hiện trạng nước thải sinh hoạt khu ký túc xá K1-K6 Đại học Nông lâm.. 29
3.2. Hiệu quả của mô hình lọc tái tuần hoàn trong xử lý nước thải bằng sét
Kabenlis 3 ..................................................................................................... 31


3.2.1. Hiệu quả của mô hình lọc tái tuần hoàn trong xử lý nước thải bằng sét
Kabenlis 3 sau 6 giờ ................................................................................... 31

3.2.2. Hiệu quả của mô hình lọc tái tuần hoàn trong xử lý nước thải bằng sét
Kabenlis 3 sau 12 giờ ................................................................................. 32
3.2.3. Hiệu quả của mô hình lọc tái tuần hoàn trong xử lý nước thải bằng sét
Kabenlis 3 sau 18 giờ ................................................................................. 34
3.2.4 Tổng hợp kết quả diễn biến hiệu suất xử lý của các chất ô nhiễm theo
thời gian...................................................................................................... 35
3.2.5. Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm theo thời gian ................................ 36
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................... 41
Kết luận......................................................................................................... 41
Kiến nghị ...................................................................................................... 41
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................. 42

2


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1. Các vị trí lấy mẫu đánh giá hiện trạng môi trường ........................... 27
Bảng 3.1. Tổng lượng nước tiêu thụ và nước thải sinh hoạt cụ thể .................. 29
Bảng 3.2. Kết quả phân tích hiện trạng mẫu nước thải khu KTX K1-K6
trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên ........................................... 30
Bảng 3.3. Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt với thời gian lưu nước 6h ........... 31
Bảng 3.4. Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt với thời gian lưu nước 12h ......... 33
Bảng 3.5. Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt với thời gian lưu nước 18h ......... 34
Bảng 3.6. Bảng tổng hợp diễn biến hiệu suất xử lý của các thông số ô
nhiễm theo thời gian.......................................................................... 35
Bảng 3.7. Hiệu quả xử lý BOD5 ...................................................................... 36
Bảng 3.8. Hiệu quả xử lý NO3- ....................................................................... 37
Bảng 3.9. Hiệu quả xử lý PO43- ....................................................................... 38
Bảng 3.10. Hiệu quả xử lý TSS ....................................................................... 38

Bảng 3.11. Hiệu quả xử lý Coliform................................................................ 39


DANH MỤC HÌNH, BIỂU ĐỒ
Hình 1.1. Hình ảnh qua kính hiển vi của các cấp hạt trong nước thủy sản ........ 9
Hình 1.2. Mô tả cấu trúc hạt keo ..................................................................... 11
Hình 1.3. Cơ chế của quá trình keo tụ ............................................................. 16
Sơ đồ 1: Hệ thống xử lý nước thải ................................................................... 25
Sơ đồ 2. Mô tả điều kiện bố trí thí nghiệm (mô hình được tiến hành trong
điều kiện môi trường tự nhiên)....................................................... 26
Biểu đồ 3.1: Kết quả phân tích mẫu nước thải sinh hoạt khu KTX K1-K6, ĐHNL........ 30
Hình 3.1. Hình ảnh Keo sét Kabenlis .............................................................. 31
Biểu đồ 3.2: Kết quả xử lý nước thải sinh hoạt với thời gian lưu nước 6h......... 32
Biểu đồ 3.3: Kết quả xử lý nước thải sau thời gian lưu nước 12h...................... 33
Biểu đồ 3.4: Kết quả xử lý nước thải với thời gian lưu nước 18h ...................... 34
Biểu đồ 3.5: Diễn biến hiệu suất xử lý của các thông số ô nhiễm theo thời gian ........ 36
Biểu đồ 3.6: Hiệu quả xử lý BOD5 .................................................................. 37
Biểu đồ 3.7: Hiệu quả xử lý Nitrat................................................................... 37
Biểu đồ 3.8: Hiệu quả xử lý Phốtphat .............................................................. 38
Biểu đồ 3.9: Hiệu quả xử lý TSS ..................................................................... 39
Biểu đồ 3.10: Hiệu quả xử lý Coliform ........................................................... 39


THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG
1. Thông tin chung
Tên đề tài: “Nghiên cứu, ứng dụng mô hình lọc tái tuần hoàn nước thải
khu ký túc xá trường đại học nông lâm bằng sét Kabenlis 3”
- Mã số: T2016 – 21
- Chủ nhiệm đề tài: Hoàng Thị Lan Anh

- Tel : 0978.066.998
- Cơ quan chủ trì đề tài: Khoa Môi Trường, trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên
- Cá nhân phối hợp thực hiện:
1. ThS. Dương Thị Minh Hòa
- Thời gian thực hiện: 01/2016 đến tháng 12/2016.
2. Mục tiêu
Xử lý tuần hoàn nước thải khu ký túc xá trường Đại học Nông lâm ,
tái sử dụng nước thải sinh hoạt vào các mục đích sử dụng khác
Từ các kết quả nghiên cứu trên sẽ là tiền đề để mở rộng các mô hình ứng
dụng chuyển giao trên toàn tỉnh Thái Nguyên và các tỉnh lân cận khác.
3. Nội dung chính:
* Nội dung 1: Điều tra, đánh giá hiện trạng nước thải sinh hoạt khu ký túc
xá K1-K6 - Đại học Nông lâm
* Nội dung 2: Đánh giá hiệu quả của mô hình lọc tái tuần hoàn trong xử lý
nước thải bằng sét Kabenlis 3.
4. Kết quả nghiên cứu đã đạt được
5. Sản phẩm
a)Sản phẩm đào tạo: 01 báo cáo tốt nghiệp, thời gian hoàn thành tháng 06
năm 2016
b) Sản phẩm khoa học:
- Bài báo khoa học đăng tải trên Tạp chí trong hoặc ngoài nước: 01 bài,
thời gian hoàn thành tháng 12 năm 2016.
- Báo cáo khoa học: 01 bài, thời gian hoàn thành tháng 12 năm 2016
c) Sản phẩm ứng dụng : Mô hình lọc
6. Hiệu quả và khả năng áp dụng: Có thể áp dụng tại các địa phương


INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information
Research Project title: "Research and application of recirculating filter

wastewater model by Kabenlis 3 in dormitories at Thai Nguyen University of
Agriculture and Forestry"
- Code number: T2016 - 21
- Coodinator: Hoang Thi Lan Anh
Tel: 0978.066.998 Emai:
- Implementing Institution: Environmental Science, University of
Agriculture and Forestry
- Implementing individuals:
1. MSc. Duong Thi Minh Hoa
- Duration: from 01/2016 to 12/2016.
2. Objectives:
To treat recirculating filter wastewater in dormitories at Thai Nguyen
University of Agriculture and Forestry and reuse waste water for other purposes.
The research results will be a precondition for extending the application
across Thai Nguyen province and other neighboring provinces.
3. Main content:
* Contents 1: Investigating and assessing the current state of domestic
wastewater in K1-K6 dormitories at Thai Nguyen University of Agriculture and
Forestry
* Contents 2: Evaluating the effectiveness of the model recirculation filter
wastewater treatment by Kabenlis 3.
4. Results obtained
a) Results of training: 01 bachelor thesis, completion time 06/2016
b) Scientific results:
- Scientific paper published in a domestic/international Journal: 01 article,
completion time in December 2016.
- Scientific Report: 01 report, completion time December 2016
c) Applications: A recirculating filter wastewater model
5.Products: Model filtering
6. Effects and applicability: Applicable in localities

MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết
Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên được thành lập năm 1970, hiện
nay là một đơn vị thành viên của Đại học Thái Nguyên. Trải qua 46 năm xây
dựng và phát triển, Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên trở thành một trung
tâm đào tạo và chuyển giao khoa học - công nghệ hàng đầu Việt Nam về nông,
lâm nghiệp, quản lý tài nguyên và môi trường cho các tỉnh trung du, miền núi
phía Bắc Việt Nam. Theo bảng xếp hạng mới nhất của Webometrics, Trường
Đại học Nông Lâm Thái Nguyên được xếp hạng thứ 13 ở Việt Nam và hạng
4103 trên Thế Giới.
Hàng năm trường tuyển hơn 3000 sinh viên cho hơn 18 ngành và 24
chuyên ngành bậc đại học các hệ chính quy và hệ vừa làm vừa học và khoảng
700 học viên vào học 9 ngành đào tạo thạc sỹ và 8 ngành đào tạo tiến sỹ. Từ
năm học 2010 – 2011, Nhà trường đã tổ chức đào tạo ngành Khoa học & Quản
lý môi trường theo chương trình tiên tiến nhập khẩu từ Đại học California Davis
(Hoa Kỳ). Nhà trường luôn duy trì số lượng sinh viên khoảng 12.000 sinh viên
các hệ bậc đại học; gần 100 sinh viên quốc tế; hơn 700 học viên cao học và
nghiên cứu sinh ( />Với khuôn viên rộng, thoáng mát ký túc xá trường Đại học Nông lâm Thái
Nguyên đã thu hút hàng nghìn sinh viên vào ở nội trú mỗi năm. Tuy nhiên cùng
với sự tăng nhanh về số lượng sinh viên thì nhu cầu sinh hoạt ngày càng nhiều,
lượng nước thải sinh hoạt thải ra suối Nông Lâm chưa qua xử lý hoăc xử lý
không triệt để đã khiến cho chất lượng môi trường nước khu KTX trở nên ô
nhiễm trầm trọng.
Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn trên, Chúng tôi đưa ra giải pháp “Nghiên
cứu, ứng dụng mô hình lọc tái tuần hoàn nước thải khu ký túc xá trường Đại
học Nông lâm bằng sét Kabenlis 3” với mong muốn tái tuần hoàn lượng nước
thải và giúp bảo vệ môi trường cảnh quan trường học

1


Mục tiêu của đề tài
- Đánh giá hiện trạng nước thải sinh hoạt khu ký túc xá K trường Đại học
Nông lâm
- Đánh giá hiệu quả của mô hình lọc tái tuần hoàn nước thải bằng Keo sét
Kabenlis 3, Xác định thời gian lưu nước tối ưu.

2


Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.1. Tổng quan tình hình nghiên cứu trong nước
1.1.1. Nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người.
Dựa vào nguồn gốc hình thành và để tiện cho việc lựa chọn phương pháp, thiết kế
các công trình xử lý, nước thải sinh hoạt được phân loại như sau:
Nước thải không chứa phân, nước tiểu và các loại thực phẩm từ các thiết bị
vệ sinh như bồn tắm, chậu giặt, chậu rửa mặt. Loại nước thải này chủ yếu chứa
chất lơ lửng, các chất tẩy rửa. Nồng độ các chất hữu cơ trong loại nước thải này
thấp và thường khó phân huỷ sinh học. Trong nước thải có nhiều tạp chất vô cơ.
Nước thải chứa phân, nước tiểu từ các khu vệ sinh. Trong nước thải tồn tại
các loại vi khuẩn gây bệnh và dễ gây mùi hôi thối. Hàm lượng các chất hữu cơ
(BOD) và các chất dinh dưỡng như nitơ, Photpho cao. Các loại nước thải này
thường gây nguy hại đến sức khoẻ và dễ làm nhiễm bẩn nguồn nước mặt [9].
Nước thải nhà bếp chứa dầu mỡ và phế thải thực phẩm từ nhà bếp, khu rửa
bát. Nước thải loại này có hàm lượng lớn các chất hữu cơ (BOD, COD) và các
nguyên tố dinh dưỡng khác (nitơ và photpho).

Lượng nước thải sinh hoạt phát sinh dao động trong phạm vi rất lớn, phụ
thuộc nhiều vào điều kiện từng khu vực, quy mô khu dân cư, mức sinh hoạt và
các thói quen của người dân. Ước tính khoảng 80% lượng nước được cấp cho
một người trở thành nước thải. Tại Việt Nam, định mức cấp nước cho nông thôn
- thành thị là 80 - 120 lít/người/ngày (Lâm Minh Triết, 2008) [8].
1.1.2. Thành phần nước thải sinh hoạt
Thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt có thể tồn tại dưới dạng
các chất hòa tan, chất không tan (cặn dễ lắng, cặn lơ lửng) và thành phần gồm: hữu
cơ (52%) chủ yếu là các cacbonhydrat (CHO) như đường, xenlulozơ; các chất dầu
mỡ (CHNO) như axit béo dễ bay hơi; các chất đạm (CHOSP) như là axit amin,
amoni và ure (CHON)m và vô cơ (48%). Ngoài ra, còn một lượng lớn các loại vi
3


sinh vật là các là các vi rút, vi khuẩn gây bệnh. Hai chỉ tiêu cơ bản, đặc trưng cho
thành phần các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt là hàm lượng cặn lơ lửng
(TSS) và nhu cầu oxy sinh học (BOD) (Trần Văn Nhân và cs, 1999) [5].
- Thông số vật lý
* Hàm lượng chất rắn lơ lửng
Các chất rắn lơ lửng trong nước ((Total) Suspended Solids - (T)SS - SS)
có thể có bản chất là:
- Các chất vô cơ không tan ở dạng huyền phù (Phù sa, gỉ sét, bùn, hạt sét);
- Các chất hữu cơ không tan;
- Các vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, vi nấm, động vật nguyên sinh…).
Sự có mặt của các chất rắn lơ lửng cản trở hay tiêu tốn thêm nhiều hóa
chất trong quá trình xử lý.
* Mùi
Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là H2S mùi trứng thối. Các hợp chất
khác, chẳng hạn như indol, skatol, cadaverin và cercaptan được tạo thành dưới
điều kiện yếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn cả H2S.

* Độ màu
Màu của nước thải là do các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, thuốc nhuộm
hoặc do các sản phẩm được tao ra từ các quá trình phân hủy các chất hữu cơ.
Đơn vị đo độ màu thông dụng là mgPt/L (thang đo Pt _Co).
Độ màu là một thông số thường mang tính chất cảm quan, có thể được sử
dụng để đánh giá trạng thái chung của nước thải.
- Thông số hóa học
* Độ pH của nước
Độ pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+ có trong dung dịch, thường
được dùng để biểu thị tính axit và tính kiềm của nước.
Độ pH của nước có liên quan dạng tồn tại của kim loại và khí hoà tan trong
nước.Độ pH có ảnh hưởng đến hiệu quả tất cả quá trình xử lý nước. Độ pH có
ảnh hưởng đến các quá trình trao chất diễn ra bên trong cơ thể sinh vật nước. Do
vậy rất có ý nghĩa về khía cạnh sinh thái môi trường (Lâm Vĩnh Sơn, 2009)[7].
4


* Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand - COD)
COD là lượng oxy cần thiết để oxy hoá các hợp chất hoá học trong nước
bao gồm cả vô cơ và hữu cơ. Như vậy, COD là lượng oxy cần để oxy hoá toàn
bộ các chất hoá học trong nước, trong khi đó BOD là lượng oxy cần thiết để oxy
hoá một phần các hợp chất hữu cơ dễ phân huỷ bởi vi sinh vật.
COD là một thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ nói
chung và cùng với thông số BOD, giúp đánh giá phần ô nhiễm không phân hủy
sinh học của nước từ đó có thể lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp.
* Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand - BOD)
BOD (Biochemical oxygen Demand - nhu cầu oxy sinh hoá) là lượng oxy
cần thiết để vi sinh vật oxy hoá các chất hữu cơ theo phản ứng:
Chất hữu cơ + O2

CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm trung gian

Trong môi trường nước, khi quá trình oxy hoá sinh học xảy ra thì các vi sinh
vật sử dụng oxy hoà tan, vì vậy xác định tổng lượng oxy hoà tan cần thiết cho quá
trình phân huỷ sinh học là phép đo quan trọng đánh giá ảnh hưởng của một dòng
thải đối với nguồn nước. BOD có ý nghĩa biểu thị lượng các chất thải hữu cơ trong
nước có thể bị phân huỷ bằng các vi sinh vật (Lâm Vĩnh Sơn, 2009)[7].
* Nitơ và các hợp chất chứa nitơ
Trong nước mặt cũng như nước ngầm nitơ tồn tại ở 3 dạng chính là: ion
amoni (NH4+), nitrit (NO2 -) và nitrat (NO3-). Dưới tác động của nhiều yếu tố hóa
lý và do hoạt động của một số sinh vật các dạng nitơ này chuyển hóa lẫn nhau,
tích tụ lại trong nước ăn và có độc tính đối với con người. Nếu sử dụng nước có
NO2- với hàm lượng vượt mức cho phép kéo dài, trẻ em và phụ nữ có thai có thể
mắc bệnh xanh da vì chất độc này cạnh tranh với hồng cầu để lấy oxy.
* Photpho và các hợp chất chứa photpho
Trong các loại nước thải, Photpho hiện diện chủ yếu dưới các dạng
phosphat. Các hợp chất Phosphat được chia thành Phosphat vô cơ và Phosphat
hữu cơ.
5


Photpho là một chất dinh dưỡng đa lượng cần thiết đối với sự phát triển của
sinh vật. Việc xác định Photpho tổng là một thông số đóng vai trò quan trọng để
đảm bảo quá trình phát triển bình thường của các vi sinh vật trong các hệ thống
xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học.
Photpho và các hợp chất chứa Photpho có liên quan chặt chẽ đến hiện
tượng phú dưỡng hóa nguồn nước, do sự có mặt quá nhiều các chất này kích
thích sự phát triển mạnh của tảo và vi khuẩn lam (Lâm Vĩnh Sơn, 2009)[7].
1.1.3. Các biện pháp xử lý nước thải sinh hoạt đang áp dụng
* Phương pháp xử lý cơ học

Những phương pháp loại các chất rắn có kích thước và tỷ trọng lớn trong
nước thải được gọi chung là phương pháp cơ học.
Xử lý cơ học là khâu sơ bộ chuẩn bị cho xử lý sinh học tiếp theo. Xử lý nước
thải bằng phương pháp cơ học thường thực hiện trong các công trình và thiết bị như
song chắn rác, bể lắng cát, bể tách dầu mỡ …Đây là các thiết bị công trình xử lý sơ
bộ tại chỗ tách các chất phân tán thô nhằm đảm bảo cho hệ thống thoát nước hoặc
các công trình xử lý nước thải phía sau hoạt động ổn định.
Phương pháp xử lý cơ học tách khỏi nước thải sinh hoạt khoảng 60% tạp
chất không tan, tuy nhiên BOD trong nước thải giảm không đáng kể.Để tăng
cường quá trình xử lý cơ học, người ta làm thoáng nước thải sơ bộ trước khi
lắng nên hiệu suất xử lý của các công trình cơ học có thể tăng đến 75% và BOD
giảm đi 10 - 15%.
Một số công trình xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học bao gồm:
- Song chắn rác
- Bể thu và tách dầu mỡ
- Bể điều hoà
- Bể lắng
6


* Biện pháp hóa lý
Bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý là áp dụng
các quá trình vật lý và hóa học để loại bớt các chất ô nhiễm mà không thể dùng
quá trình lắng ra khỏi nước thải. Các công trình tiêu biểu của việc áp dụng
phương pháp hóa học bao gồm:
- Bể keo tụ, tạo bông
- Bể tuyển nổi
- Phương pháp hấp phụ
* Biện pháp hóa học
Xử lý nước thải bằng phương pháp hoá học thường là khâu cuối cùng trong

dây chuyền công nghệ trước khi xả ra nguồn yêu cầu chất lượng cao hoặc khi
cần thiết sử dụng lại nước thải.
* Biện pháp sinh học
Các chất hữu cơ ở dạng keo, huyền phù và dung dịch là nguồn thức ăn của vi
sinh vật. Trong quá trình hoạt động sống, vi sinh vật oxy hoá hoặc khử các hợp chất
hữu cơ này, kết quả là làm sạch nước thải khỏi các chất bẩn hữu cơ.
Phương pháp này dựa trên sự hoạt động của các vi sinh vật có khả năng
phân hủy các chất hữu cơ. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và các chất
khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Tùy theo từng nhóm vi khuẩn
mà sử dụng là hiếu khí hay kỵ khí mà người ta thiết kế các công trình khác nhau
và phụ thuộc vào khả năng tài chính, diện tích đất mà người ta có thể sử dụng hồ
sinh học hay các bể nhân tạo để xử lý.
1.1.4. Tổng quan về các hạt vật chất lơ lửng trong nước và hợp chất keo đông tụ
1.1.4.1. Các hạt vật chất lơ lửng
a. Nguồn gốc của các hạt lơ lửng trong nước
Nước tự nhiên có nhiều tạp chất lơ lửng, bao gồm 3 dạng chính: Vô cơ, hữu
cơ và các Vi sinh vật. Để tồn tại lơ lửng được trong nước, kích thước của các hạt
này thường rất nhỏ, theo một số nghiên cứu về kích thước của hạt lơ lửng giữa
7


một số tác giả không thống nhất. Ðường kính hạt keo dao động từ 0,01 - 10 µm
(1µm = 10-6 m) (Garrison Sposito) (Trần Hiếu Nhuệ, Lâm Minh Triết, 1978)[6],
hoặc nhỏ hơn 1 µm (Nyle C. Brady, Ray R. Well, Hinrich L. Bohn, Brian L.
McNeal, George A. O'connor)(Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, 1999)[8], hoặc
nhỏ hơn 0,2 µm (A.E. Vozbutskaia) hoặc bán kính nhỏ hơn 1 µm (Van Olphen...
Do kích thước của keo nhỏ như thế nên chúng thường lơ lửng trong dung dịch,
có thể chui qua giấy lọc phổ thông và chỉ quan sát được cấu tạo của chúng bằng
kính hiển vi điện tử.
Nguồn gốc của các hạt lơ lửng này xuất phát từ hai quá trình chính là tự

nhiên và nhân tạo. Trong quá trình tự nhiên, cúng sinh ra từ sự phong hóa đá mẹ
và đất (dòng chảy). Khi lớp đất bề mặt bị bào mòn do mưa, gió…xuống các dòng
chảy tự nhiên, sẽ kéo theo các các dạng vô cơ, hữu cơ và xác vi sinh vật vào trong
môi trường nước. Khi đó các hạt có kích thước to sẽ lắng xuống trước, các hạt
nhỏ hơn sẽ bị giữ lại và tồn tại lơ lửng trong nước.
Mỗi loại đất có đặc tính khác nhau, khi bị bào mòn vào trong nước sẽ có
thành phần và tỉ lệ các hạt vật chất khác nhau. Đối với sự phát sinh từ tự nhiên,
chiếm chủ yếu đa phần là các hạt khoáng vật sét.
Đối với các vật liệu hữu cơ chủ yếu xuất phát từ sự thoái hóa sinh học của
thực vật và động vật.
Không chỉ trong quá trình tự nhiên, các tạp chất trong nước cũng được phát
sinh từ các hoạt động của con người đặc biệt là trong nước thải sinh hoạt và
công nghiệp. Nuôi trồng thủy sản cũng là nguồn gây ra đáng kể các thành phần
của nước. Các dạng vật chất khác nhau của hoạt động thủy sản được xem là các
phân tử trong nước, nhưng người ta quan tâm nhiều hơn về các vi sinh vật đơn bào.
b. Đặc tính của các hạt vật chất lơ lửng trong nước.
Các vật liệu hữu cơ còn được gọi là chất hữu cơ tự nhiên (NOM). Tuy nhiên
kích thước của các phân tử có thể khá lớn và chúng có đặc điểm của các “hạt”. Ví
dụ chất hữu cơ thông thường là các rác tế bào. NOM trong nước thường được đo
8


bằng cacbon tổng số (TOC), và phần hòa tan trong nước được đo bởi cacbon hữu
cơ hòa tan (DOC). Phần lớn các DOC trong nước được biết đến là chất humic, nó
đặc trưng cho than bùn màu sắc của nước tự nhiên( Lâm Minh Triết, 2008), [8].
Trong nước tự nhiên, các sinh vật được phân loại theo sự gia tăng về kích
thước bao gồm virus (mặc dù chúng không có tế bào), vi khuẩn, tảo (trong đó có
tảo cát), và động vật nguyên sinh. Nhiều loại trong số này có thể tồn tại trong
nước hoặc là các tế bào đơn lẻ hoặc sống theo đàn. Một số hạt trong vùng nước
tự nhiên được hiển thị trong hình 1 (Lâm Vĩnh Sơn, 2009)[7]:

Hình 1.1. Hình ảnh qua kính hiển vi của các cấp hạt trong nước thủy sản
a) Mẫu từ sông Tamar, Anh, b) Độ phóng đại to hiển vi lớn hơn,
(1) ,c) hạt sét và phân tử hydroxit sắt (độ phóng đại lớn hơn nhiều so với
a, b),d) vùng vi khuẩn
Vấn đề các dạng hòa tan và hạt keo là điều được quan tâm nhất, nước là
một dung môi tốt cho nhiều chất, đặc biệt là các muối vô cơ và các tạp chất hòa
9


tan. Nồng độ tổng số của các tạp chất được gọi là Tổng chất rắn lơ lửng (TSS)
(Lâm Vĩnh Sơn, 2009)[7].
Đối với dạng vật liệu vô cơ lơ lửng, khi đất bị bào mòn, các hạt keo này
theo dòng chảy và tồn tại trong môi trường nước. Tùy thuộc vào nguồn gốc xuất
xứ, thông thường các hạt cặn trong nước đều có thể mang điện tích âm hoặc
dương, ví dụ các hạt cặn gốc silic, các tạp chất hữu cơ đều mang điện tích âm,
các hydroxit sắt, nhôm mang điện tích dương. Khi thế cân bằng điện động của
nước bị phá vỡ, các thành phần mang điện tích sẽ kết dính với nhau nhờ lực liên
kết phân tử và lực điện từ, tạo thành một tổ hợp các phân tử, nguyên tử hoặc các
ion tự do, các tổ hợp tạo thành được gọi là hạt keo. Tùy thuộc vào thành phần
cấu tạo, các hạt keo sẽ có những tính chất khác nhau. Người ta có thể chia các
hạt keo thành hai loại: keo kỵ nước và keo háo nước. Trong kĩ thuật xử lí nước
bằng quá trình keo tụ, keo kỵ nước đóng vai trò chủ đạo. Ngoài ra, người ta còn
phân loại theo các dạng sau:
- Keo phân tử là những phân tử lớn (polymer) tạo thành hạt keo .
- Keo phân tán gồm nhiều phân tử phân tán (cát, đất sét) tạo thành hạt keo.
- Keo liên kết gồm nhiều phân tử khác nhau liên kết với nhau tạo thành hạt keo.
Keo kỵ nước (hydropholic) không tan, phân chia thành các hạt nhỏ, không
ngậm dầu, nước. Ví dụ, các kim loại như vàng, bạc, silic…
Keo ngậm nước (hydrophilic) có khả năng hấp phụ các phân tử nước. Ví

dụ: vi trùng, vi rút, các polime hòa tan, lòng trắng trứng…
Keo kỵ nước hình thành sau quá trình thủy phân các chất xúc tác như phèn
nhôm, phèn sắt. Ban đầu các phân tử mới hình thành liên kết lại với nhau thành
các khối đồng nhất, ví dụ khi dùng phèn sắt, sau khi thủy phân sẽ tạo các khối
liên kết gồm nhiều phân tử Fe(OH)3. Nhờ có diện tích bề mặt lớn, các khối này
có khả năng hấp phụ chọn lọc một loại ion nào đó, hoặc có trong thành phần các
ion của khối hoặc gần giống một trong các ion trong khối về tính chất và kích
thước, tạo thành lớp vỏ bọc ion. Lớp vở ion này cùng với khối phân tử bên trong
10


tạo thành hạt keo. Bề mặt nhân keo mang điện tích của lớp ion gắn chặt trên đó,
có khả năng hút một số ion tự do mang điện tích trái dấu để bù lại một phần điện
tích. Như vậy, quanh khối liên kết phân tử ban đầu có hai lớp ion mang điện tích
trái dấu bao bọc, gọi là lớp điện tích kép của hạt keo. Lớp ion ngoài cùng do lực
liên kết yếu nên thông thường không có đủ điện tích trung hòa với lớp điện tích
bên trong và do vậy hạt keo luôn mang một điện tích nhất định. Để cân bằng
điện tích trong môi trường, hạt keo lại thu hút quanh mình một số ion trái dấu ở
trạng thái khuếch tán. (Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, 1999)[5].

Hình 1.2. Mô tả cấu trúc hạt keo
11


Nếu hạt keo ở trong trạng thái tĩnh thì điện tích của hạt được bù bởi lớp
điện tích của lớp ion khuếch tán. Do chuyển động Brown, lớp ion khuếch tán di
chuyển đồng thời với hạt keo, bởi vì lực liên kết không bền vững. Do đó, hạt keo
trong điện tích luôn là hạt keo mang điện tích. Từ hình 1 ta thấy, thế nhiệt động
φ trên bề mặt nhân keo bằng tổng điện tích các ion của lớp vỏ nhân, còn thế điện
động ζ trên bề mặt hạt keo bằng tổng điện tích của lớp ion kép trên bề mặt ngoài

hạt keo. Thế điện động ζ có giá trị nhỏ hơn thế nhiệt động φ một trị số bằng tổng
điện tích của các ion trái dấu nằm trong lớp điện tích của các ion trái dấu nằm
trong lớp điện tích kép.
Theo một số nghiên cứu đưa ra giá trị thế điện động zeta và độ ổn định
của các hạt keo trong môi trường như sau(Trần Hiếu Nhuệ, Lâm Minh Triết,
1978) [6]:
Thế điện động ζ

Độ ổn định hạt keo

0 đến ± 5

Đông tụ và keo tụ

± 10 đến ± 30

Hạt keo bất ổn

± 30 đến ± 40

Độ ổn định trung bình

± 40 đến ± 60

Độ ổn định tốt

Lớn hơn ± 61

Độ ổn định rất tốt

Theo lí thuyết về lớp điện tích kép, nếu hạt muốn keo tụ thì thế điện
động zeta cần phải giảm thấp giá trị tới giá trị tới hạn. Trong trường hợp keo đất
sét, giá trị tới hạn này được quan sát thấy ở khoảng 0±10 mV. Do vậy, quá trình
keo tụ được xem như bước đầu tiên trong việc kết hợp các hạt riêng rẽ nhờ việc
giảm thế điện động zeta. Quá trình tạo bông keo xảy ra nhờ khuấy trộn và hình
thành việc kết hợp các hạt bông keo nhỏ.
Trong pha phân tán keo, điện tích bề mặt của các hạt keo có ảnh hưởng rất lớn
đến các ion bao quanh. Các ion trái dấu bị thu hút về bề mặt và các đồng ion (các
ion cùng loại điện tích) bị đẩy ra khỏi bề mặt. Kết hợp hỗn hợp các xu hướng
chuyển động nhiệt và hút hoặc đẩy ion lẫn nhau sẽ tạo ra một lớp trong của bề mặt
12


điện tích của hạt keo và một lớp ngoài có số đương lượng các ion trái dấu phân bố
trong pha khuếch tán tạo ra lớp bề mặt điện tích kép.
Theo Stern, tác giả phân chia lớp điện tích kép thành 2 lớp: Lớp điện tích
kép Stern với các ion trái dấu hút nhau rất mạnh trên bề mặt hạt keo và lớp
khuyếc tán, có bề dày phụ thuộc vào cường độ ion của dung dịch. Điện thế bề
mặt giữa lớp ngoài của lớp Stern và lớp trong của lớp khuếch tán được gọi là thế
điện động zeta. Các lực hút và lực đẩy tĩnh điện được xem như là các lực phân
tán hoặc lực London - Van der Walls tồn tại giữa các hạt keo. Độ lớn của các lực
này thay đổi tỷ lệ nghịch với khoảng cách giữa các hạt và chúng độc lập với
cường độ ion của nước. Khả năng ổn định của các hạt keo là kết quả tổng hợp
giữa lực hút và lực đẩy. Nếu lực tổng hợp là lực hút thì xảy ra quá trình keo tụ
(Trần Văn Nhân, Ngô Thị Nga, 1999)[5].
c. Ảnh hưởng của các hạt vật chất lơ lửng trong môi trường nước.
Sự có mặt của các hạt vật chất trong nước có ảnh hưởng quan trọng tới
chất lượng nước trong đó chủ yếu là những ảnh hưởng mang tính bất lợi:
Trạng thái phân bố và di chuyển của các hạt có thể gây ra độ đục trong
nước, chỉ ở nồng độ rất nhỏ (vài mg/l). Không chỉ ảnh hưởng tới vấn đề mang

tính thẩm mỹ nó còn gây hại cho sức khỏe của các loài động vật thủy sinh và
con người. Chúng có thể hấp phụ một số chất hòa tan trong nước ví dụ như chất
humic và kim loại. Điều này có tác động đáng kể tới sự vận chuyển của các hạt
hấp phụ bởi nó cũng di chuyển theo các hạt sét trong môi trường, gây ra hiện
tượng chúng có thể bị vận chuyển đến hồ sông hoặc trầm tích biển (Trần Văn
Nhân, Ngô Thị Nga, 1999)[5].
Các nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng: Các chất keo và hạt sét có kích
thước phân cấp nhỏ (<2µm) bị cuốn vào trong nước có tác động mạnh mẽ tới
khả năng vận chuyển và khả dụng sinh học của kim loại và các hợp chất hữu cơ
(Forstner và cộng sự, 2011; Wells và Goldberg, 1991,1993; Yuan và cộng sự
2001) (Lâm Vĩnh Sơn, 2009)[3]. Trong môi trường nước, các hạt sét có hoạt
động bề mặt và phản ứng với kim loại, hữu cơ cao đối với các từng khu vực cụ
13


thể. Phản ứng của chúng với các thành phần khác nhau trong nước tự nhiên cũng
rất nhanh (Langmuir, 1997)(Trần Đức Hạ, 2006)[1].
Ngoài ra, kích thước bùn mịn và hạt sét chúng đóng góp lớn cho độ đục
trong nước nhiều hơn so với những hạt kích thước lớn hơn (<75 µm) có thể lắng
xuống được và những hạt trầm tích (>75 µm) trong phân phối tổng thể kích
thước hạt (Gippel, 1995)(Trần Hiếu Nhuệ, 1992)[5]. Độ đục lớn trong nước có
thể gây hại đối với các động thực vật thủy sinh, chúng không có khả năng để sử
dụng ánh sáng (Poole and Bowles, 1999).
1.1.4.2. Cơ chế của quá trình keo tụ
*. Động lực học của quá trình keo tụ
Quá trình keo tụ các tạp chất trong nước xảy ra các giai đoạn sau: giai
đoạn pha trộn các chất keo tụ trong nước, giai đoạn thủy phân chất keo tụ đồng
thời phá hủy trạng thái ổn định của hệ keo và giai đoạn hình thành bông cặn.
Khi hệ keo trong nước đã bị các chất keo tụ mất đi trạng thái ổn định của nó thì
tốc độ tạo bông keo quyết định bởi chuyển động tạo ra sự tiếp xúc giữa các hạt

keo với nhau. Quá trình tiếp xúc đạt được nhờ khuếch tán và chuyển động có
hướng. Khuếch tán chỉ có tác dụng để hình thành bông keo nhỏ, muốn hình
thành bông keo có kích thước lớn hơn thì phải có sự va chạm giữa chúng để tạo
các bông lớn hơn.
Hiệu quả keo tụ phụ thuộc vào nhiều yếu tố, với mỗi nguồn nước cụ thể,
khi đã xác định được loại hóa chất sử dụng và liều lượng tối ưu thì hiệu quả keo
tụ chỉ còn phụ thuộc vào các yếu tố vật lí đó là cường độ khuấy trộn nước để
làm tăng số lượng va chạm giữa các hạt cặn. Dưới tác động của chuyển động
nhiệt, ban đầu các hạt cặn kích thước nhỏ va chạm và kết dính tạo thành hạt có
kích thước lớn hơn cho đến khi chúng không còn khả năng tham vào quá trình
tạo bông cặn lớn hơn. Cường độ khuấy trộn được biểu thị bằng Gradien vận tốc
G và thời gian phản ứng tạo thành bông cặn. Trong thực tế, hai đại lượng này
thường được xác định bằng thực nghiệm cho từng trường hợp cụ thể, chuyển
động nhiệt, chuyển động phân tử Brown để tạo ra các bông cặn có kích thước
nhỏ tuân theo định luật Smoluchowski như sau:
14


= αp
Trong đó:
N: số phân tử chuyển động
αp: hệ số va chạm của quá trình tạo bông cặn
k: hằng số Boltzmanm
µ: độ nhớt động học
t: thời gian
T: nhiệt độ
Để tạo ra được bông cặn kích thước lớn hơn khi chúng không còn khả năng
chuyển động nhiệt (chuyển động Brown) ta có biểu thức sau:
=
Trong đó:

G: gradient vận tốc [ ms-1m-1] = s-1
φ: phân thể tích chất rắn ( thể tích/ thể tích )
αo: hệ số va chạm của bông cặn kích thước lớn.
Quan hệ trên chỉ đúng khi gradient vận tốc không đổi nhưng trong thực tế
phải lấy gradient vận tốc trung bình.
Gradien vận tốc trung bình có thể tính theo năng lượng qua công thức :
G=
Trong đó:
P: công suất sử dụng (năng lượng tiêu hao trong bể phản ứng tạo thành
bông cặn) , W.kg.m2.s-3
V: thể tích bể phản ứng
µ: độ nhớt động học của môi trường.
15