Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ FBAS kết hợp trồng cây

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là phần đồ án tốt nghiệp của mình. Các kết quả thể hiện
trong đồ án là trung thực từ quá trình làm thực nghiệm, không sao chép từ bất kì một
nguồn nào dưới bất kì hình thức nào. Trong quá trình làm đồ án em có tham khảo
thông tin từ một số nguồn tài liệu và các nguồn này đã được trích dẫn rõ ràng.

Sinh viên làm Đồ án tốt nghiệp

Nguyễn Thị Kiều Trinh

Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

i

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

LỜI CẢM ƠN
Sau 14 tuần nghiên cứu, tìm hiểu đến nay đồ án tốt nghiệp của em với đề tài
“Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ FBAS kết hợp trồng cây” đã
hoàn thành. Thời gian làm đồ án là cơ hội để em hệ thống lại kiến thức lý thuyết đã
học trong 4 năm ở trường đồng thời giúp em có cơ hội áp dụng những lý thuyết ấy vào
thực tế, rút ra được những kinh nghiệm quý báu. Những điều đó giúp em củng cố thêm

hành trang kiến thức để chuẩn bị cho tương lai khi bước vào công việc thực tế sau này.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy giáo, TS. Đỗ Thuận An và Th.s
Nguyễn Đức Long thuộc bộ môn Kỹ thuật Môi Trường đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ
bảo, chỉnh sửa giúp em. Em cũng xin chân th ành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa
Môi Trường, bộ môn Kỹ thuật Môi Trường đã trang bị cho em nền tảng cơ sở vững
chắc nhất trong suốt quá trình học tập. Ngoài ra, em xin bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến
các thầy cô phụ trách phòng thí nghiệm Kỹ thuật Môi Trường, phòng thí nghiệm Hóa
học Môi Trường, các cá nhân và tập thể trong và ngoài trường đã tạo điều kiện thuận
lợi nhất cho em trong quá trình làm đồ án.
Mặc dù bản thân đã hết sức cố gắng nhưng vì điều kiện thời gian và kiến thức
hạn chế nên trong đồ án không tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận được sự
chỉ bảo, đóng góp ý kiến của các thầy cô để đồ án của em được hoàn chỉnh hơn và có
thể áp dụng vào thực tế.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN..........................................................................................................i
CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN ĐỀ TÀI............................................................................4
CHƯƠNG 2:PHƯƠNG PHÁP LUẬN........................................................................20
Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

ii

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

CHƯƠNG 3:KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN......................................40

Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

iii

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 1.1: Sơ đồ quá trình phân hủy chất hữu cơ nồng độ thấp.....................................6
Hình 1.2: Đừng cong sinh trưởng trong hệ thống kín....................................................7
Hình 1.3: Mô hình công nghệ FBAS...........................................................................15
Hình 1.4: Vi khuẩn hình cầu........................................................................................16
Hình 1.5: Vi khuẩn hình que.......................................................................................16
Hình 1.6: Phẩy khuẩn..................................................................................................17
Hình 1.7: Vi khuẩn dạng sợi........................................................................................17
Hình 1.8: Hình ảnh 4 lớp của màng sinh học..............................................................18
Hình 2.9: Đá ong.........................................................................................................21
Hình 2.10: Xỉ than tổ ong............................................................................................22
Hình 2.11: Cây dong riềng..........................................................................................24
Hình 2.12: Cây thủy trúc.............................................................................................25
Hình 2.13: Cây sanh....................................................................................................26
Hình 2.14: Ống sục khí...............................................................................................29
Hình 2.15: Ống dần nước đầu vào...............................................................................29
Hình 2.16: Đá tổ ong...................................................................................................30

Hình 2.17: Xỉ than tổ ong............................................................................................30
Hình 2.18: Ống phân phối đầu vào..............................................................................31
Hình 2.19: Rễ cây đâm qua kệ đỡ...............................................................................31
Hình 2.20: Mô hình giá thể đá tổ ong..........................................................................32
Hình 2.21: Mô hình giá thể xỉ than.............................................................................32
Hình 2.22: Mặt cắt dọc mô hình giá thể......................................................................32
Hình 2.23: Vị trí lấy mẫu nước thải.............................................................................33
Hình 2.24: Máy đo nhanh pH và nhiệt độ...................................................................35
Hình 2.25: Thiết bị Oxitop..........................................................................................36
Hình 2.26: Máy HACH đo nhanh oxy hòa tan............................................................38
Hình 2.27: Máy DR5000.............................................................................................38
Hình 3.28: Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý của 2 mô hình với lưu lượng Q~5l/h,
COD~250mg/l............................................................................................................. 41
Hình 3.29: Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý của 2 mô hình với lưu lượng Q~5l/h,
COD~350mg/l............................................................................................................. 43
Hình 3.30: Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý của 2 mô hình với lưu lượng Q~5l/h,
COD~500mg/l............................................................................................................. 44
Hình 3.31: Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý của 2 mô hình với lưu lượng Q~5l/h,
COD~700mg/l............................................................................................................. 46
Hình 3.32: Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý của 2 mô hình với lưu lượng Q~5l/h,
COD~850mg/l............................................................................................................. 47
Hình 3.33: Biểu đồ thể hiện hiệu suất xử lý của 2 mô hình với lưu lượng Q~5l/h,
COD~1000mg/l........................................................................................................... 49
Hình 3.34: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nồng độ COD ở MH đá tổ ong.....................49
Hình 3.35: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nồng độ COD ở MH xỉ than tổ ong..............50
Hình 3.36: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nồng độ các chất ô nhiễm của mô hình khi tải
trọng L1~277,8 l/m3/h................................................................................................52

Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

iv

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

Hình 3.37: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nồng độ các chất ô nhiễm của mô hình khi tải
trọng L2~555,6 l/m3/h................................................................................................54
Hình 3.38: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nồng độ các chất ô nhiễm của mô hình khi tải
trọng L1~883,3 l/m3/h................................................................................................56
Hình 3.39: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nồng độ các chất ô nhiễm của mô hình khi tải
trọng L1~1111,1 l/m3/h...............................................................................................57
Hình 3.40: Biểu đồ thể hiện sự thay đổi nồng độ các chất ô nhiễm của mô hình khi tải
trọng L1~1388,9 l/m3/h..............................................................................................59
Hình 3.41: Biểu đồ thể hiện sự biến đổi nồng độ NO3-với cácmức tải trọng tăng dần60
Hình 3.42: Biểu đồ thể hiện sự biến đổi nồng độ PO43- với các mức tải trọng tăng dần
.................................................................................................................................... 61
Hình 3.43: Biểu đồ thể hiện sự biến đổi nồng độ BOD5.............................................61
Hình 3.44: Biểu đồ so sánh hiệu suất xử lý của công nghệ FBAS..............................63
Hình 3.45: Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt công suất 500m3/ngđ...65

Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

v

Lớp 54MT

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hình thành bùn hoạt tính................10
Bảng 3.2: Hiệu quả xử lý của MH giá thể đá tổ ong khi lưu lượng Q~5l/h,
COD~250mg/l............................................................................................................. 40
Bảng 3.3: Hiệu quả xử lý của MH giá thể đá xỉ than tổ ong khi lưu lượng Q~5l/h,
COD~250mg/l............................................................................................................. 41
Bảng 3.4: Hiệu quả xử lý của MH giá thể đá tổ ong khi lưu lượng Q~5l/h,
COD~350mg/l............................................................................................................. 42
Bảng 3.5: quả xử lý của MH giá thể đá xỉ than tổ ong khi lưu lượng Q~5l/h,
COD~350mg/l............................................................................................................. 42
Bảng 3.6: Hiệu quả xử lý của MH giá thể đá tổ ong khi lưu lượng Q~5l/h,
COD~500mg/l............................................................................................................. 43
Bảng 3.7: Hiệu quả xử lý của MH giá thể đá xỉ than tổ ong khi lưu lượng Q~5l/h,
COD~500mg/l............................................................................................................. 43
Bảng 3.8: Hiệu quả xử lý của MH giá thể đá tổ ong khi lưu lượng Q~5l/h,
COD~700mg/l............................................................................................................. 45
Bảng 3.9: Hiệu quả xử lý của MH giá thể đá xỉ than tổ ong khi lưu lượng Q~5l/h,
COD~700mg/l............................................................................................................. 45
Bảng 3.10: Hiệu quả xử lý của MH giá thể đá tổ ong khi lưu lượng Q~5l/h,
COD~850mg/l............................................................................................................. 46
Bảng 3.11: Hiệu quả xử lý của MH giá thể đá xỉ than tổ ong khi lưu lượng Q~5l/h,
COD~850mg/l............................................................................................................. 47
Bảng 3.12: Hiệu quả xử lý của MH giá thể đá tổ ong khi lưu lượng Q~5l/h,
COD~1000mg/l........................................................................................................... 48
Bảng 3.13: Hiệu quả xử lý của MH giá thể đá xỉ than tổ ong khi lưu lượng Q~5l/h,

COD~1000mg/l........................................................................................................... 48
Bảng 3.14: Kết quả các thông số ô nhiễm được xử lý trong mô hình có L1~
277,8l/m3/h.................................................................................................................51
Bảng 3.15: Kết quả các thông số ô nhiễm được xử lý trong mô hình có L2~555,6
l/m3/h.......................................................................................................................... 53
Bảng 3.16: Kết quả các thông số ô nhiễm được xử lý trong mô hình có
L3~883,3l/m3/h........................................................................................................... 55
Bảng 3.17: Kết quả các thông số ô nhiễm được xử lý trong mô hình có
L4~1111,1l/m3/h.........................................................................................................57
Bảng 3.18: Kết quả các thông số ô nhiễm được xử lý trong mô hình có
L5~1388,9l/m3/h.........................................................................................................58
Bảng 3.19: Tóm tắt hiệu suất của trạm xử lý TELKI ( từ năm 2006 – 2013)..............62
Bảng 3.20: Trạm xử lý nước thải ETYEK công suất 2200 m3/ngđ.............................62
Bảng 3.21: Khái toán chi phí xây dựng các hạng mục công trình...............................71
Bảng 3.22: Khái toán chi phí các thiết bị và một số hạng mục đầu tư dự án...............71
Bảng 3.23: Khái toán chi phí vận hành quản lý nhà máy xử lý nước thải công suất
500m3/ngđ..................................................................................................................73

Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

vi

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

vii

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

QCVN
VSV
BOD
COD
DO
FBAS
MH

Quy chuẩn Việt Nam
Vi sinh vật
Nhu cầu oxy sinh học
Nhu cầu oxy hóa học
Hàm lượng oxy hòa tan
Fixed – Bed Biofilm Activated Sludge
Mô hình

Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

viii

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

ix

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường
MỞ ĐẦU

1.

Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay ở Việt Nam có rất nhiều nơi nước thải sinh hoạt chưa được xử lý và đổ

thẳng ra ngoài môi trường. Nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% tổng số nước thải ở
các thành phố, là một trong những nguyên nhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm nước
và vấn đề này có xu hướng ngày càng xấu đi. Tuy đã có cơ sở pháp lý là luật và Tiêu
chuẩn môi trường đối với nước thải sinh hoạt, song hiện trạng nước thải sinh hoạt ô
nhiễm và xử lý nước thải đang là vấn đề cấp bách cần được đặt ra để từng bước cải

thiện tình hình.
Có nhiều phương pháp ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt như: phương pháp
vật lý, phương pháp hóa học, phương pháp sinh học. Với điều kiện nền kinh tế đang
phát triển ở Việt Nam như hiện nay và trong giai đoạn hướng tới nền công nghệ xanh,
phương pháp được ưa chuộng sử dụng nhất vẫn là phương pháp sinh học vì các ưu
điểm nổi bật như chi phí rẻ, dễ vận hành, hiệu quả cao, tiết kiệm năng lượng. Trong
đó, có nhiều công nghệ nổi bật như bãi lọc trồng cây, MBBR, lọc sinh học...được áp
dụng ở rất nhiều nơi trên thế giới và tại Việt Nam. Tuy nhiên, mỗi phương pháp lại có
những ưu nhược điểm riêng, việc sử dụng kết hợp các phương pháp, công nghệ để đạt
hiệu quả trong xử lý là rất cần thiết.
Nhà cung cấp Ogrica tại Hungary đã đưa ra một công nghệ mới xử lý nước thải
có rất nhiều ưu điểm đó là công nghệ FBAS. Tuy chưa được áp dụng ở Việt Nam
nhưng với những ưu điểm như mang tính thẩm mỹ, tiêu tốn ít năng lượng, diện tích
xây dựng nhỏ, chi phí vận hành thấp, thân thiện với môi trường...công nghệ FBAS là
một bước cải tiến vượt trội trong xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học. Qua nhiều
năm nghiên cứu và thử nghiệm hiện nay công nghệ FBAS đã được ứng dụng thành
công trên 3 châu lục tại một số nước như Mỹ, Hungary, Ấn Độ, Trung Quốc,
Indonexia. Giá thể cố định được áp dụng trong công nghệ hiện nay vẫn là vật liệu sợi
sinh học liên kết với bộ rễ thật của cây, tuy nhiên để chế tạo ra vật liêu sợi lại rất mất
thời gian và tiêu tốn nhiều chi phí. Vì vậy, vấn đề đặt ra ở đây là cần nghiên cứu và tìm
ra loại vật liệu vừa thân thiện với môi trường, vừa dễ tìm, chi phí thấp, hiệu quả xử lý
cao để áp dụng tại Việt Nam và cả trên thế giới. Với các đặc tính trên, thì các loại vật
liệu tái chế như đá ong, xỉ than tổ ong là những vật liệu có tiềm năng nhất.
Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

1

Lớp 54MT

Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

Thực tế đã có một số nghiên cứu về xử lý nước thải hay nước cấp có sử dụng vật
liệu là đã tổ ong tuy nhiên chưa được áp dụng phổ biến và chưa có nghiên cứu nào về
áp dụng xỉ than tổ ong trong xử lý nước thải. Để tìm hiểu hai loại giá thể này có thể áp
dụng hiệu quả trong công nghệ FBAS và công nghệ này có phù hợp với điều kiện Việt
Nam hay không? Vì vậy, em chọn đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng
công nghệ FBAS kết hợp trồng cây” làm đề tài nghiên cứu đồ án để đánh giá hiệu quả
xử lý đối với các vật liệu địa phương sẵn có và vật liệu tái chế, đồng thời xác định
được các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý.
2.
Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu chung:
Xử lý nước thải bằng vật liệu tái chế nhằm cải thiện môi trường và cảnh quan
công trình xử lý nước thải
Mục tiêu cụ thể:
Xây dựng mô hình thực nghiệm.
Đánh giá hiệu quả xử lý nước thải của mô hình bằng vật liệu tái chế.
Xác định các yếu tố có thể ảnh hưởng tới hiệu quả xử lý.
Đề xuất tính toán dây chuyền xử lý nước thải và khái toán chi phí
3.
Phương pháp nghiên cứu
Đồ án sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
-

Phương pháp phân tích tổng hợp tài liệu: Thu thập, kế thừa các kết quả nghiên

cứu, nguồn tài liệu liên quan đến xử lý nước thải bằng vật liệu tái chế và sử dụng thực

vật thủy sinh và vấn đề nước thải sinh hoạt tại Hà Nội. Xử lý và đánh giá kết quả phân
tích trong quá trình thí nghiệm.
- Khảo sát điều tra thực địa: Khảo sát hiện trạng môi trường nguồn nước thải sinh
hoạt tại kí túc xá và sự sinh trưởng, phát triển của một số loại cây có khả năng xử lý
nước thải bằng cách trồng trực tiếp các loại cây đó trong nước thải.
- Phương pháp thực nghiêm: Phân tích chất lượng ban đầu của nguồn nước và
chất lượng dòng ra tại các mô hình để đánh giá hiệu quả xử lý của hai loại giá thể và
các loại thực vật đưa vào nghiên cứu. Mô hình vật lí thực nghiệm: Bố trí các mô hình
thí nghiệm nhằm xác định khả năng xử lý của giá thể cố định vật liệu tái chế than tổ
ong hoặc một vài loại giá thể khác và khả năng sinh trưởng trong môi trường nước thải
của các loài thực vật , nghiên cứu của các loại cây: cây dong riềng, cây sanh, cây thủy
trúc.
- Phương pháp so sánh.
Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

2

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư
4.

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

Phạm vi và đối tượng nghiên cứu
Xử lý nước thải sinh hoạt, trong đó sử dụng nước thải từ kí túc xá nhà 3 trường

Đại học Thủy lợi làm đối tượng nghiên cứu.

Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

3

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

CHƯƠNG 1:

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

TỔNG QUAN ĐỀ TÀI

1.1 Tổng quan về nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh
hoạt của con người như: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân... chúng thường được
thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ và các công trình công cộng
khác. Hiện nay phần lớn nước thải sinh hoạt ở các khu dân cư đô thị, ven đô và nông
thôn ở Việt Nam đều chưa được xử lý đúng cách. Nước thải từ các khu vệ sinh mới chỉ
xử lý sơ bộ, chưa đạt yêu cầu đã xả ra môi trường hòa cùng dòng nước thải sinh hoạt
từ nhà bếp, tắm, giặt... là nguyên nhân gây ô nhiễm, lan tràn dịch bệnh.
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngoài ra
còn có các thành phần vô cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. Chất hữu
cơ chứa trong nước thải sinh hoạt bao gồm các hợp chất như protein (40-50%);
hydrocacbon (40-50%) gồm tinh bột, đường và xenlulozo; và các chất béo (5-10%).
Nồng độ chất hữu cơ trong nước thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150 - 450 mg/l
theo trọng lượng khô. Có khoảng 20 - 40% chất hữu cơ khó bị phân hủy sinh học. Ở
những khu dân cư đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh hoạt không

được xử lý thích đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng [2].
Các chỉ tiêu đánh giá chất lượng nước nói chung được chia làm 3 nhóm chính:
theo các chỉ tiêu vật lý (nhiệt độ, hàm lượng cặn lơ lửng, độ màu, mùi, vị...); chỉ tiêu
hóa học (pH, độ kiềm, độ cứng, độ oxi hóa, hàm lượng sắt, ...); chỉ tiêu sinh học và vi
sinh (các thủy sinh vật, tổng số lượng vi khuẩn, chỉ số Coli...). Các thành phần ô nhiễm
chính đặc trưng thường lấy ở nước thải sinh hoạt là như cầu oxy hóa sinh học (BOD5),
nhu cầu oxy hóa học (COD), Nitơ, Photpho. Trong nước thải sinh hoạt, hàm lượng
Nitơ và Photpho rất lớn, nếu không được loại bỏ thì sẽ làm cho nguồn tiếp nhận nước thải
sẽ bị phú dưỡng.
Ngoài ra, một số yếu tố gây ô nhiễm quan trọng trong nước thải sinh hoạt, đặc
biệt là trong phân, đó là các loại mầm bệnh được lây truyền bởi các vi sinh nhiều
nguồn khác nhau, qua tiếp xúc trực tiếp, qua môi trường (đất, nước, không khí, cây
trồng, vật nuôi, côn trùng,…) thâm nhập vào cơ thể người qua đường thức ăn, nước

Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

4

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

uống, hô hấp,… và sau đó có thể gây bệnh. Nếu thiếu hụt oxy hòa tan (DO) trầm trọng
sẽ hình thành điều kiện yếm khí, gây mùi hôi.
1.2 Tổng quan về xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí
Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí là một trong những phương
pháp khá phổ biến hiện nay. Để thực hiện quá trình oxy hóa, các chất hữu cơ hòa tan,

cả các chất keo và phân tử nhỏ trong nước thải cần được di chuyển vào bên trong tế
bào của sinh vật. Theo quan điểm hiện đại nhất, quá trình xử lý nước thải hay nói đúng
hơn là việc thu hồi các chất bẩn từ nước thải và việc vi sinh vật (VSV) hấp thụ các
chất bẩn đó là một quá trình gồm ba giai đoạn:
1. Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi sinh vật do
khuếch tán đối lưu và phân tử;
2. Di chuyển chất từ bề mặt ngoài tế bào qua màng bán thấm bằng khuếch tán do
sự chênh lệch nồng độ các chất ở trong và ngoài tế bào;
3. Quá trình chuyển hóa các chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sinh sản năng
lượng và quá trình tổng hợp các chất mới của tế bào với sự hấp thụ năng lượng.
Các giai đoạn trên có quan hệ chặt chẽ với nhau và quá trình chuyển hóa các chất
đóng vai trò chính trong quá trình xử lý nước thải. Các hợp chất hóa học trải qua nhiều
phản ứng chuyển hóa khác nhau trong nguyên sinh chất của tế bào. Phương trình tổng
quát các phản ứng tổng của quá trình oxy hóa sinh hóa ở điều kiện hiếu khí có dạng
như sau:

y
z
3
y −3
+ + )O2 => xCO2 +
H2O + NH3 + ∆ H (1.1)
4
3
4
2
CxHyOzN + NH3 + O2 => C5H7NO2 + CO2 + ∆ H (1.2)

CxHyOzN + (x +

Trong phản ứng trên CxHyOzN là tất cả các chất hữu cơ của nước thải, C 5H7NO2
là công thức theo tỷ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế bào vi sinh vật, ∆ H là
năng lượng. Phương trình (1.1) là phản ứng oxy hóa các chất hữu cơ để đáp ứng nhu
cầu năng lượng của tế bào, còn phản ứng (1.2) là phản ứng tổng hợp đê xây dựng tế
bào. Lượng oxy tiêu tốn cho các phản ứng này là BOD của nước thải.
Nếu tiếp tục tiến hành quá trình oxy hóa thì 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):

C5H7NO2 + 5O2 => 5CO2 + NH4 + 2H2O + ∆ H (1.3)
NH3 + O2 => HNO2 + O2 => HNO3 (1.4)
Tổng hợp oxy tiêu tốn cho bốn phản ứng trên gấp hai lần lượng oxy tiêu tốn của

hai phản ứng đầu. từ các phản ứng trên thấy rõ sự chuyển hóa hóa học là nguồn năng
lượng cần thiết cho vi sinh vật [10].
Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

5

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

Phương pháp hiếu khí nói chung là sử các nhóm vi sinh vật hiếu khí có khả năng
phân hủy các chất hữu cơ, hoạt động trong điều kiện cung cấp oxy liên tục. Quá trình
phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật được gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa. Các
quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên

hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý nhân tạo người ta tạo điều kiện tối ưu cho
quá trình oxy hóa nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều. Tùy
theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lí sinh học hiếu khí nhân tạo có thể
chia thành:
Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được
sử dụng để khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng,
bể hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân hủy hiếu khí. Trong số các quá trình
này, quá trình bùn hoạt tính là quá trình phổ biến nhất. Các vi sinh vật ở đây luôn được
suy trì ở dạng lơ lửng.
Xử lý sinh học hiếu khí với sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình
bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng
nitrate với màng cố định. Các vi sinh vật được dính bám vào các giá thể tạo thành
màng sinh vật (đá, vật liệu plastic,...).
Trong quá trình phân hủy hiếu khí, loại vi sinh vật hiếu khí chiếm ưu thế. Phân
hủy hiếu khí diễn ra nhanh và tạo ra nhiều năng lượng nhất. Vi sinh vật hiếu khí phát
triển và tạo ra nhiều sinh khối. Sản phẩm tạo ra có mức năng lượng thấp. Khi có mặt
oxy thì chỉ có duy nhất quá trình phân hủy hiếu khí được diễn ra. Phân hủy hiếu khí
được áp dụng đê xử lý nước thải có nồng độ chất hữu cơ thấp (BOD5 <500 mg/l).

Hình 1.1: Sơ đồ quá trình phân hủy chất hữu cơ nồng độ thấp
(Nguồn: internet)

Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

6

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

Trong nghiên cứu này, công nghệ FBAS là sự kết hợp cả 2 quá trình hiếu khí
nhân tạo bùn hoạt tính lơ lửng và dính bám. Các bông bùn hoạt tính được bổ sung, sục
khí tăng cường để cấp khí cho vi sinh vật hô hấp sinh trưởng và phát triển. Một phần
vi sinh vật sẽ dánh bám lên các giá thể có trong bể. Đồng thời với nhiều sự kết hợp
khác nhau đó mà công nghệ FBAS tạo nên được nhiều ưu điểm riêng biệt trong quá
trình xử lý nước thải.
1.2.1 Sinh trưởng của vi sinh vật trong quá trình hình thành bùn hoạt tính
Bùn hoạt tính trong quá trình xử lý nước thải được hình thành rất đơn giản bằng
cách sục khí vào nước thải với sự có mặt của vi sinh vật. Vi sinh vật có thể sinh trưởng
thêm nhiều nhờ sinh sản phân đôi, sinh sản giới tính, nhưng chủ yếu sinh sản bằng
cách phân đôi. Thời gian để phân đôi tế bào thường gọi là thời gian sinh sản, có thể
dao động từ dưới 20 phút đến 1 ngày. Trong quá trình bùn hoạt tính, vi sinh vật sinh
trưởng theo chu kì logarit bao gồm 4 pha: pha tiềm phát, pha log(pha tăng trưởng), pha
cân bằng và pha suy vong.

Hình 1.2: Đừng cong sinh trưởng trong hệ thống kín
(Theo sách của Prescott, Harley và Klein)
Pha tiềm phát (giai đoạn sinh trưởng chậm – Lag phase): Hay còn gọi là pha
thích nghi, đây là thời gian vi sinh vật thích nghi với môi trường mới. Trong giai đoạn
này tế bào chưa phân cắt nhưng thể tích và khối lượng tăng rõ rệt do có sự tăng các
thành phần mới của tế bào. Nguyên nhân là do tế bào ở trạng thái già, thiêu hụt
Adenosine triphosphate(là phân tử mang năng lượng, có chức năng vận chuyển năng
lượng đến các nơi cần thiết cho tế bào sử dụng kí hiệu là ATP), các cofactor cần thiết
và ribosome. Thành phần môi trường mới không giống môi trường cũ cho nên tế bào
Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

7

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

cần một thời gian nhất định để tổng hợp các ezyme mới nhằm sử dụng được các chất
dinh dưỡng mới. Các tế bào cũng có thể bị tổn thương và cần thời gian hồi phục.
Giai đoạn tiềm phát dài hay ngắn là liên quan đến từng loại bản thân vi sinh vật
và tính chất của môi trường. Nếu tính chất hóa học của môi trường mới sai khác nhiều
với môi trường cũ thì giai đoạn tiềm phát sẽ kéo dài hơn. Ngược lại, nếu cấy từ giai
đoạn logarit vào một môi trường có thành phần tương tự thì giai đoạn tiềm phát sẽ rút
ngắn. Nếu cấy vi sinh vật từ giai đoạn tiềm phát hay từ giai đoạn suy vong thì giai
đoạn tiềm phát sẽ kéo dài. ở giai đoạn này nồng độ BOD 5 trong nước thải cao, nồng độ
oxy hòa tan thấp.
Pha tăng trưởng (Log phase): Đây là giai đoạn phát triển tốt nhất của vi sinh vật,
là thời điểm thuận lợi nhất cho quá trình xử lý nước thải. Vi sinh vật trong giai đoạn
này phát triển nhanh chóng, quá trình gia tăng sinh khối theo hàm log vì vậy pha này
được gọi là pha sinh trưởng hoặc pha log. Ở pha log vi khuẩn sản xuất ra nhiều
enzyme cần thiết để làm giảm BOD 5 và tổng hợp tế nào cần thiết cho quá trình sinh
trưởng. Có thể chia pha log thành hai giai đoạn nhỏ:
- Trong nửa giai đoạn đầu, tế bào vi khuẩn hấp thụ BOD 5 và hàm lượng bay hơi
của MLSS tăng. Lúc này vi khuẩn chưa sinh trưởng nhiều.
- Trong nửa giai đoạn còn lại, quá trình tổng hợp và sinh trưởng xảy ra. Vi khuẩn
sử dụng BOD5 đã hấp thụ được để sản sinh ra tế bào mới, số lượng vi khuẩn lúc này
tăng nhanh theo số mũ. Hiệu quả xử lý BOD 5 lúc này rất cao. Nồng độ ô nhiễm trong
nước thải giảm và nồng độ oxy hòa tan tăng.
Pha cân bằng (Stationary phase hay giai đoạn ổn định): Sau khi tăng trưởng

theo cấp số nhân, mật độ vi khuẩn trong môi trường/hệ thống đạt đỉnh và chững lại do
lượng thức ăn trong môi trường không đủ. Đây là giai đoạn quan trọng nhất trong việc
hình thành bông bùn, quyết định hiệu quả lắng của quá trình lắng thứ cấp sau khi xử lý
sinh học. Để hình thành bông bùn cần có 2 điều kiện quan trọng: thứ nhất là cần đủ số
lượng vi sinh vật, thứ hai là các vi sinh khuẩn này phải sản xuất ra một lượng lớn các
sợi tế bào cùng các polysaccarit và các hạt polyhydrobutyrate (PHB). Các sợi bào,
polysaccarit và PHB chính là yếu tố hình thành bông bùn. Nhiều loại polisaccarit
không hòa tan được sinh sản trong suốt quá trình tạo bông. Các polissacarit này đóng
vai trò như chất kết dính để gắn kết các tế bào vi khuẩn lại với nhau. Trong giai đoạn
này, lượng sinh khối rất nhiều và đa dạng, hiệu quả xử lý BOD 5 cao. Số lượng trùng
tiên mao nhiều, trong đó chiếm ưu thế là trùng tiên mao bò.
Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

8

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

Pha suy vong ( Death phase): Việc tiêu hao chất dinh dưỡng và việc tích lũy các
chất thải độc hại sẽ làm tổn thất đến môi trường sống của vi sinh vật, làm cho số lượng
tế bào sống giảm xuống. Trong giai đoạn này xảy ra hiện tượng giảm dần sinh khối tức
là lượng vi sinh vật sinh ra nhỏ hơn lượng vi sinh vật chết đi. Phần lớn lượng BOD 5 bị
vi khuẩn phân hủy trong giai đoạn này được sử dụng cho hoạt động sống của tế bào vi
khuẩn là tổng hợp và sinh trưởng. Một điều thay đổi đáng kể trong giai đoạn này là sự
phát triển của các vi khuẩn dạng sợi. Bông bùn trong giai đoạn này cần có một lượng
vi khuẩn dạng sợi đủ để phát triển kích thước trung bình (150-500µm) và kích thước

lớn (>500µm). Trong giai đoạn này, VSV đa dạng do đẩy nhanh hiệu quả xử lý do vậy
nước thải đã được xử lý gần hết, mức độ ô nhiễm càng giảm mạnh.
1.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng quá trình hình thành bùn hoạt tính
1.2.2.1 pH
pH là yếu tố chính trong sự phát triển của vi sinh vật. pH lớn quá hay nhỏ quá
mức đều ảnh hưởng tới đời sống của vi sinh vật. Sự hình thành bùn hoạt tính tốt nhất
khi pH dao động trong khoảng 6,5 - 8,5. Khi pH <6,5 và >8,5 liên kết giữa các bông
bùn trở nên yếu, bùn nổi lên trên bề mặt do các bông bùn không liên kết chặt chẽ với
nhau.
Động lực học của pH được mô tả như sau:
µmax( pH ) = µmax( pH op ) .

K pH
K pH +i

[5]

Trong đó:
KpH: là hằng số pH
( pH − pH )
i = 10
−1
Thường giá trị của KpH = 150 – 250 và pH trong các hệ thống xử lý nước thải
op

hiếu khí thường thuộc phạm vi 5 – 9, pHop = 6,5 – 8,5.
Nếu pH<5 sẽ thúc đẩy sự phát triển của nấm, dẫn đến bông bùn khó lắng, pH quá
cao, lớn hơn 9 dẫn đến phá hủy sự cần bằng nguyên sinh chất trong tế bào, bùn chết.
1.2.2.2 Nhiệt độ
Tốc độ phản ứng oxy hóa sinh hóa tăng khi nhiệt độ tăng. Song thực tế nhiệt độ

nước thải trong hệ thống xử lý được duy trì trong khoảng 20 đến 30 0C. Khi nhiệt đột
tăng quá ngưỡng trên có thể làm cho các vi khuân bị chết, còn ơ nhiệt độ quá thấp tốc
độ làm sạch sẽ bị giảm vì quá trình thích nghi của vi sinh vật với môi trường mới bị
chậm lại, các quá trình nitrat hóa hoạt tính keo tụ và lắng bùn bị giảm hiệu suất. Còn
trong phạm vi tối ưu trên, khi nhiệt độ tăng tốc độ phân hủy các chất hữu cơ tăng gấp 2

Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

9

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

đến 3 lần. Tuy nhiên khi nhiệt độ nước thai tăng thì độ hòa tan oxy trong nước giảm.
Do đó để duy trì nồng độ oxy hòa tan trong nước người ta tiến hành sục khí mãnh liệt
và liên tục [10].
Khi nồng độ MLSS cao (>1000 mg/l): sự thay đổi nhiệt độ sẽ gây ra ảnh hưởng
vật lý đến bông bùn. Nếu nhiệt độ giảm, nước thải sẽ trở nên nặng làm giảm tốc độ
lắng của bông bùn. Khi nhiệt độ tăng lên, nước thải ít nặng hơn nên tốc độ lắng của
bông bùn tăng lên.
Khi nồng độ MLSS khá nhỏ, khoảng 2000mg/l thì sự thay đổi nhiệt độ sẽ ảnh
hưởng đến cấu trúc bông bùn. Khi nhiệt độ tăng lên, vi sinh vật hoạt động nhiều hơn
làm sinh ra nhiều chất không hòa tan được như lipit và dầu mỡ. Những chất này được
bông bùn hấp thụ nên vận tốc lắng giảm xuống. Sự phụ thuộc nhiệt độ với quá trình
sinh học được biểu diễn dưới dạng sau:
µmax(T ) = µmax(20) .e K (T −20)

Trong đó: µmax(T )

[5]
và µmax(20) là tốc độ tăng trưởng riêng cực đại ở nhiệt độ T 0C và

200C, µmax(20) = 2(ngay ) ; T: nhiệt độ (0C); K: hằng số
Khi nhiệt độ tăng thì µmax(T ) tăng dẫn đến tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật tăng,
−1

song nhiệt độ tăng quá ngưỡng cho phép thì vi khuẩn sẽ bị chết và khi nhệt độ tăng thì
độ hòa tan của oxy trong nước giảm xuống. Ở nhiệt độ quá thấp sự thích nghi của vi
sinh vật với môi trường giảm, tốc độ oxy hóa theo đó cũng giảm. Khi ở nhiệt độ 20 0C
thì khả năng hòa tan oxy là lớn nhất, nhiệt độ càng cao trong giới hạn tối ưu thì tốc độ
phân hủy các chất càng mạnh. Nhiệt độ nước thải trong khả năng xử lý thuộc phạm vi
100C – 400C và nhiệt độ tối ưu là 250C – 300C.
Bảng 1.1: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình hình thành bùn hoạt tính
Nhiệt độ (0C)
> 40
> 32
> 14
> 12
>8
>4
(Nguồn: Setteability

Ảnh hưởng
Ảnh hưởng bất lợi đối với việc hình thành bông bùn
Động vật nguyên sinh kém hoạt động
Tốc độ khử BOD tăng đáng kể

Bôn bùn hình thành nhanh chóng
Chất béo, dầu, mỡ giảm xuống
Động vật nguyên sinh hoạt động mạnh mẽ
Problem and Loss of Solids in the Activated Sludge Process-

Michael H.Gerardi)

Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

10

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

1.2.3 Các chất hoạt động bề mặt, chất dinh dưỡng và chất độc
Các chất hoạt động bề mặt như xà phòng hoặc thuốc tẩy xuất hiện trong nước
thải sẽ làm cho hoạt động của các trùng tiên mao và các động vật đa bào bị gián đoạn
hoặc ngừng hẳn, các bông bùn trưởng thành bị yếu và hoạt động của chúng bị ngừng
trệ. Khi đó, số lượng bông bùn nhỏ được hình thành dưới dạng rời rạc hoặc phân tán.
Các chất hoạt động bề mặt này còn làm tăng tổng chất rắn lơ lửng TSS, làm giảm hiệu
quả xử lý, tăng chi phí vận hành. Chất hoạt động bề mặt đôi khi còn làm xuất hiện các
bọt váng và có nguy cơ trở thành các độc tố
Bên cạnh đó, trong nước các vi sinh vật sinh sống và phát triển nhờ các chất dinh
dưỡng như N, P, BOD5. Các chất dinh dưỡng này được vi sinh vật chuyển hóa thành
các chất trơ không tan và thành tế bào mới. Nếu thiếu dinh dưỡng thì quá trình vận
hành sẽ bị gián đoạn do việc hình thành bùn trở nên khó khăn. Trong nước thải nếu

hàm lượng N> 30 - 60 mg/l và P> 4 – 8 mg/l sẽ xảy ra hiện tượng phú dưỡng hóa,
nghĩa là N và P tạo ra nguồn thức ăn cho rong rêu, tảo và vi sinh vật nước phát triển
quá mức làm cho nước bẩn trở lại. Tỷ lệ BOD 5:N:P tối ưu là 100:5:1 [3].
Ngoài ra, sự hiện diện của các kim loại nặng ở tế bào vi khuẩn sẽ làm cho bông
bùn trở lên nặng hơn. Một vài kim loại nặng hấp thụ vào trong tế bào vi khuẩn sẽ tấn
công vào emzyme làm chậm quá trình phát triển của vi sinh vật. Kim loại nặng trong
nước thải ức chế hoạt động của vi khuẩn khử BOD 5. Khi có sự hiện diện của các kim
loại nặng độc hại trong nước, các vi khuẩn chỉ khử một lượng nhỏ BOD 5, do vậy vi
khuẩn chỉ sử dụng một lượng nhỏ N và P. Vì thế nồng độ các ion amoni và
orthiphotphat tăng lên trong nước thải [3].
1.3 Một số phương pháp sinh học xử lý nước thải giàu chất hữu cơ
Việt Nam nói riêng và trên thế giới nói chung, xử lý nước thải bằng phương pháp
sinh học là phương pháp được áp dụng rất phổ biến và được ưu tiên hàng đầu, đặc biệt
đối với các hệ thống xử lý nước thải giàu chất hữu cơ do những ưu điểm vượt trội của
chúng như hiệu suất xử lý cao, rẻ tiền, tiết kiệm năng lượng hay thân thiện với môi
trường. Tại Việt Nam hiện nay, các công nghệ được áp dụng rất phổ biến như: bể
Aerotank truyền thống, bể lọc sinh học, hồ sinh học hiếu khí, bể MBBR.
Hồ sinh học hiếu khí: Hồ sinh học (Waste Stabilization ponds) là các ao hồ có
nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là hồ ổn định nước thải. Đây là một trong
những hình thức lâu đời nhất xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. Hồ sinh học

Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

11

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

dùng để xử lý nước thải thứ cấp với cơ chế phân hủy các chất hữu cơ xảy ra một cách
tự nhiên. Các hoạt động diễn ra trong hồ sinh học là kết quả của sự cộng sinh phức tạp
giứa nấm và tảo, giúp ổn định dòng nước và làm giảm các vi sinh vật gây bệnh. Những
quá trình này cũng tương tự như quá trình tự làm sạch ở sông hồ tự nhiên. Các hồ sinh
học có thể là hồ đơn hoặc thường kết hợp nhiều phương pháp xử lý khác. Hồ hiếu khí
hoạt động dựa trên quá trình oxy hóa các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật hiếu khí. Hiện
nay người ta phân hồ sinh học hiếu khí thành hai loại là hồ làm thoáng tự nhiên và hồ
hiếu khí làm thoáng nhân tạo. Trong hồ hiếu khí làm thoáng tự nhiên, oxy cung cấp
cho quá trình oxy hóa chủ yếu do sự khuếch tán không khí qua mặt nước và quá trình
quang hợp của thực vật nước (rong, tảo...). Để đảm bảo ánh sáng có thể xuyên quá, thì
chiều sâu của hồ phải nhỏ, tốt nhất dao động trong khoảng từ 0,3-0,5m. Sức chứa tiêu
chuẩn lấy theo chỉ tiêu BOD vào khoảng 250 - 300 kg/ha/ngày. Thời gian lưu nước
trong hồ khoảng 3 - 12 ngày. Tuy nhiên do độ sâu cần nhỏ, thời gian lưu nước lâu nên
diện tích của hồ đòi hỏi phải đủ lớn. Vì thế nó chỉ hợp lý về kinh tế khi kết hợp với
việc nuôi trồng thủy sản với chăn nuôi và hồ chứa nước cho công nghiệp. Với hồ hiếu
khí làm thoáng nhân tạo, loại này nguồn oxy cung cấp cho quá trình sinh hóa bằng các
thiết bị như bơm khí nén hay máy khuấy cơ học. Do được tiếp khí nhân tạo nên chiều
sâu của hồ có thể từ 2 - 4,5m, sức chứa tiêu chuẩn theo chỉ tiêu BOD khoảng 400
kg/ha/ngày. Thời gian lưu nước trong hồ chỉ cần từ 1 - 3 ngày [27].
Công nghệ đĩa quay sinh học RBC(Rotating Biogical Contactors) là công trình
xử lý nước thải bằng kĩ thuật màng lọc sinh học dựa trên sự gắn kết của vi sinh vật bề
mặt của vật liệu (cấu tạo thành dạng đĩa quay). Đĩa lọc sinh học gồm một loạt đĩa tròn,
phẳng được làm bằng PS(polystyren) hoặc PVC(polyvinynclorua) lắp trên một trục.
Các đĩa này được đặt ngập vào trong nước một phần (khoảng 30 - 40% theo đường
kính) và quay chậm khi làm việc. Trong quá trình vận hành, VSV sinh trưởng, phát
triển trên bề mặt của đĩa hình thành một lớp màng mỏng bám lên bề mặt của đĩa. Khi
đĩa quay, lớp màng sinh học (sinh khối) sẽ tiếp xúc với các chất hữu cơ có trong nước
thải với khí quyển để hấp thụ oxy. Đĩa quay sẽ ảnh hưởng đến sự vận chuyển oxy và

đảm bảo cho VSV tồn tại trong điều kiện hiếu khí. Đĩa quay cũng là một cơ chế để
tách các chất rắn dư ra khỏi bề mặt các đĩa nhờ lực xoáy – xoắn do nó tạo ra, đồng thời
vẫn giữ lại được chất rắn đã bị tróc màng. Một số mảng vỡ được tách khỏi đĩa, ở trạng

Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

12

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

thái lơ lửng để sau đó theo dòng nước chuyển sang bể lắng. Đĩa sinh học có thể dùng
để xử lý bậc hai đồng thời cũng có thể hoạt động như kiểu quá trình xử lý theo mẻ,
nitrat hóa và khử nitrat. Ưu điểm của công nghệ này là: không cần tuần hoàn bùn, do
quá trình thông khí tự nhiên, nên không tiêu tốn năng lượng để cấp khí; hoạt động ổn
định, ít nhạy cảm với sự biến đổi lưu lượng đột ngột và các tác nhân độc với vi sinh
vật; tự động vận hành. Không yêu cầu lao động có trình độ cao; không gây mùi; độ ồn
thấp; có tính thẩm mỹ; thiết kế theo đơn nguyên; dễ dàng thi công theo từng bậc; tiết
kiệm sử dụng mặt bằng [1], [19].
Bể lọc sinh học nhỏ giọt là loại bể lọc sinh học với lớp vật liêu tiếp xúc không
ngập nước. Biophin nhỏ giọt dùng để xử lý sinh hóa nước thải hoàn toàn với hàm
lượng BOD của nước thải sau khi xử lý đạt 15mg/l. Bể biophin xây dựng dưới dạng
hình tròn hay hình chữ nhật có tường đặc và đáy kép. Các vật liệu lọc có độ rỗng và
diện tích mặt tiếp xúc trong một đơn vị thể tích là lớn nhất trong điều kiện có thể. Các
vật liệu lọc thường là đá cục, đá cuội, than cục có kích thước không lớn hơn 30mm.
Chiều cao lớp vật liêu lọc trong bể từ 1,5 -2m. Bể được cấp khí tự nhiên nhờ các cửa

thông gió xung quanh thành với diện tích khoảng 20% diện tích sàn thu nước hoặc lấy
từ dưới đáy với khoảng không giữa đáy bể và sàn đỡ vật liệu lọc cao 0,4 - 0,6m. Nước
thải được tưới trên bề mặt bể nhờ hệ thống ống phân phối vòi phun, khoan lỗ hoặc
máng răng cưa. Thời gian tưới gián đoạn dưới 5 phút, cường độ tưới nhỏ (1 - 3m 3 nước
thải/m3 vật liệu lọc.ngày) nên người ta thường không tuần hoàn nước thải sau xử lý về
bể. Bể lọc nhỏ giọt làm việc hiệu quả khi hàm lượng BOD 5 trong nước thải dưới
220mg/l. Bể thường được sử dụng trong trường hợp lưu lượng nước thải không lớn, từ
20-1000 m3/ngđ. Công nghệ này có ưu điểm là hiệu quả xử lý cao còn nhược điểm lớn
nhất là xử lý nước thải với lưu lượng không cao và hệ thống dễ xảy ra sự cố tắc nghẽn
[1], [19].
Công nghệ MBBR (Moving bed Biofilm Reactor) là quá trình xử lý nhân tạo trong
đó sử dụng các vật liệu làm giá thể cho vi sinh dính bám để sinh trưởng và phát triển,
là sự kết hợp giữa Aerotank truyền thống và lọc sinh học hiếu khí. Công nghệ MBBR
được nghiên cứu đầu tiên tại trường đại học kho học và công nghệ Norwegian,
Norway, hệ thống MBBR đưa vào ứng dụng đầu tiên vào năm 1989. Hệ thống MBBR
sử dụng dòng chảy liên tục từ đầu bể đến cuối bể dọc theo chiều dài như bể Aerotank
truyền thống, cấp khí liên tục bằng đảo trộn hoặc bằng hệ thống phân phối khí ở đáy
Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

13

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

bể. Giá thể được sử dụng phổ biến hiện nay là giá thể nhựa plastic có kích thược và
khối lượng nhỏ, diện tích lỗ rống lớn... Mật độ giá thể trong bể MBBR thường là 30 70% thể tích bể. Các giá thể này thường có ưu điểm là rẻ tiền, sử dụng được lâu dài,

thuận tiện, tuy nhiên các loại giá thể này lại không thân thiện với môi trường do chúng
có tính chất khó phân hủy. Sau khi ngưng sử dụng trong mô hình MBBR, các giá thể
này buộc phải được xử lý như chất thải rắn thông thường, tức là đưa ra bãi rác chôn
lấp, hoặc làm sạch sau đó tái chế [24].
1.4 Giới thiệu về công nghệ FBAS
Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học được ứng dụng để xử lý
các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải cũng như một số chất ô nhiễm vô cơ khác
như H2S, sunfit, amoni, nitơ... dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân hủy
các chất hữu cơ gây ô nhiễm. Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ và một số khoáng chất
làm thức ăn để sinh trưởng và phát triển. Trong nước thải chủ yếu là các vi khuẩn dị
dưỡng hoại sinh thực hiện các quá trình phân hủy khác nhau.
Trong quá trình xử lý sinh học phải loại bỏ các tạp chất phân tán thô ra khỏi nước
thải trong giai đoạn xử lý sơ bộ. Các bước xử lý sinh học bao gồm:
(1) Chuyển hóa các hợp chất hữu cơ có nguồn gốc carbon ở dạng keo và dạng
hòa tan hoàn toàn thành thể khí và nước;
(2) Tạo ra các bông cặn sinh học gồm các tế bào VSV và các chất keo vô cơ
trong nước thải;
(3) Loại các bông cặn sinh học ra khỏi nước thải bằng quá trình lắng trọng lực.
Để thực hiện quá trình oxi hóa các chất hữu cơ hòa tan, các chất keo và phân tán
nhỏ trong nước thải cần được di chuyển vào bên trong tế bào của VSV. Sau đó trong
quá trình trao đổi chất, dưới tác dụng của những men nội bào các chất hữu cơ sẽ bị
phân hủy.
Fixed – Bed Biofilm Activated Sludge (FBAS) là công nghệ bùn hoạt tĩnh màng
sinh học tầng tĩnh sử dụng vật liệu tự nhiên và nhân tạo để tạo ra môi trường cư trú cố
định giúp cấy rất nhiều loại vi sinh vật (các vi sinh vật này chuyển hóa các chất ô
nhiễm có trong nước thải) [17], [20].

Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

14

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

Hình 1.3: Mô hình công nghệ FBAS

(Ogranica, Treating - Conserving and Recycling wasterwater, 2012)
Vi khuẩn và các vi sinh vật cấp cao khác sống ở dạng cộng sinh với lớp vật liệu
cố định bên trong các thiết bị phản ứng. Việc cung cấp môi trường cư trú cố định tạo ra
lớp màng sinh học đa dạng và bền vững giúp vi sinh vật sinh sôi và phát triển, nhờ đó
làm tăng hiệu suất loại bỏ dưỡng chất và khả năng phục hổi – cả quá trình diễn ra
trong khoảng không gian nhỏ hơn nhiều so với các phương án truyền thống. FBAS là
một dạng của quá trình xử lý nước thải bùn hoạt tính bởi lớp màng sinh học (biofilm).
Trong quá trình xử lý, lớp màng sinh học này sẽ phát triển trên lớp giá thể cố định của
bể phản ứng. Phía dưới lớp giá thể này được sục khí cung cấp oxy cho vi sinh vật phát
triển [17], [20].
FBAS là sự kết hợp của nhiều công nghệ khác nhau như công nghệ bùn hoạt tính
truyền thống, công nghệ lọc sinh học sử dụng lớp màng dính bám biofilm trên giá thể
để xử lý chất ô nhiễm trong nước thải. Nhờ có sự kết hợp đó mà FBAS có các ưu điểm
vượt trội như: hiệu quả xử lý cao, chịu được tải trọng lớn, thân thiện với môi trường.
Công nghệ FBAS áp dụng xử lý nước thải ở các vùng có quỹ đất ít, do sự kết hợp với
việc trồng cây nên các nhà máy khi áp dụng công nghệ có thể xây dựng ngay cả ở
trung tâm của thành phố.
Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

15

Lớp 54MT


Đồ án tốt nghiệp kỹ sư

Ngành: Kỹ thuật Môi Trường

Bản chất của quá trình bùn hoạt tính trong bể FBAS chịu ảnh hưởng của tất cả
các yếu tố môi trường ảnh hưởng đến sinh vật. Để đảm bảo cho sự sinh sống và phát
triển của vi sinh vật trong bể thì nước thải đầu vào phải có đủ hàm lượng các chất hữu
cơ, ít chất hoạt động bề mặt, kim loại và các chất độc. pH trong bể phải duy trì trong
khoảng tù 6,5 – 8,5, nhiệt độ dao động trong khoảng 25 0C – 300C. Hệ thống này hoạt
động còn dựa trên lớp màng vi sinh dính bám lên cá giá thể nằm cố định trong bể.
Màng biofilm có độ dày từ 1-3mm và hơn nữa, khi bể hoạt động một khoảng thời gian
nhất định lớp màng sẽ dày lên đến một thời điểm nào đó sẽ bong ra và được rửa trôi
theo nước ra ngoài. Lớp màng sinh học này được tạo ra từ nhiều loại vi sinh vật khác
nhau và có thể có cả động vật nguyên sinh. Khác với vi sinh vật của bùn hoạt tính,
thành phần loài và số lượng các loài ở màng lọc tương đối đồng nhất. Màng sinh học
được tạo thành chủ yếu là các vi khuẩn hiếu khí và các phin lọc sinh học là các công
trình làm sạch nước hiếu khí, ngoài các vi khuẩn hiếu khí màng còn các vi khuẩn tùy
tiện và kị khí.

Hình 1.4: Vi khuẩn hình cầu

Sinh viên: Nguyễn Thị Kiều Trinh

16

Hình 1.5: Vi khuẩn hình que

Lớp 54MT