nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp yếm khí

Khãa luËn tèt nghiÖp
MỞ ĐẦU

Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá của con người. Nước trong tự
nhiên bao gồm toàn bộ các đại dương, biển vịnh sông hồ, ao suối, nước ngầm, hơi
nước ẩm trong đất và trong khí quyển. Trên trái đất khoảng 94% là nước mặn, 2-3%
là nước ngọt nó chiếm một tỷ lệ rất nhỏ. Nước ngọt dạng lỏng thường ở các tầng
ngầm, chiếm khoảng 2,24% tổng lượng nước ngọt. Như vậy, chỉ có khoảng 0,03%
lượng nước trên hành tinh là có thể sử dụng được.
Nước cần cho mọi sự sống và phát triển. Nước giúp cho các tế bào sinh vật
trao đổi chất, tham gia vào các phản ứng hoá sinh và tạo nên các tế bào mới. Vì vậy,
có thể nói rằng ở đâu có nước là ở đó có sự sống.
Nước được dùng cho đời sống, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và dịch
vụ. Sau khi sử dụng nước trở thành nước thải, bị ô nhiễm với các mức độ khác
nhau. Ngày nay, cùng với sự bùng nổ dân số và tốc độ phát triển cao của công nông
nghiệp ... đã để lại nhiều hậu quả phức tạp, đặc biệt là vấn đề ô nhiễm môi trường
nước. Vấn đề này đang được nhiều sự quan tâm của mọi người, mọi quốc gia trên
thế giới.
Ở nước ta hiện nay phần lớn nước được thải ra sông hồ mà chưa qua xử lý.
Vì vậy, dẫn đến tình trạng các con sông đó bị ô nhiễm bốc mùi khó chịu, làm mất
cảnh quan và ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khoẻ của con người.
Hiện nay, người ta đã đưa ra nhiều phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt.
Một trong những phương pháp đó là xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học.
Để góp phần nhỏ vào việc bảo vệ môi trường, trong bản khoá luận này bước đầu
chúng tôi nghiên cứu công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp yếm
khí .

1


Khãa luËn tèt nghiÖp

Chương 1: TỔNG QUAN
Ô NHIỄM MÔI TRƯỜNG NƯỚC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ
Cùng với sự phát triển của nền văn minh nhân loại, nhu cầu về nước ngày
càng nhiều, lượng nước công nghiệp cũng như lượng nước sinh hoạt thải ra đưa vào
các nguồn nước tự nhiên ngày càng lớn, gây ô nhiễm đáng kể đến nước bề mặt và
môi trường.
Để đánh giá chất lượng nước cũng như mức độ ô nhiễm nước cần dựa vào
một số thông số cơ bản so sánh với các chỉ tiêu cho phép về thành phần hoá học và
sinh học đối với từng loại nước sử dụng cho các mục đích khác nhau.
Các thông số cơ bản để đánh giá chất lượng nước là: độ pH, mầu sắc, độ đục,
hàm lượng chất rắn, các chất lơ lửng (huyền phù), các kim loại nặng, oxi hoà tan...
và đặc biệt là hai chỉ số COD và BOD.
1.1. Các thông số biểu thị độ nhiễm bẩn của nước thải sinh hoạt
1.1.1.

Màu sắc [1,6]

Màu sắc của nước là do các chất bẩn trong nước gây nên. Màu sắc của nước
ảnh hưởng tới chất lượng của sản phẩm khi sử dụng nước có mầu trong sản xuất.
Màu của nước là do:
 Các chất hữu cơ và phần chiết của thực vật gọi là mầu thực, màu này rất
khó xử lý bằng phương pháp đơn giản. Ví dụ các chất mùn humic làm nước có màu
vàng, các loài thuỷ sinh, rong tảo làm nước có màu xanh.
 Các chất vô cơ là những hạt rắn có màu gây ra, gọi là màu kiến, màu này
xử lý đơn giản hơn. Ví dụ, các hợp chất của sắt hoá trị +3 không tan làm nước có
màu nâu đỏ.
Cường độ màu của nước xác định bằng phương pháp so màu sau khi đã lọc
bỏ các chất vẩn đục.
1.1.2.

Mùi vị [1]r+

1.1.3.
Nước sạch không màu, không mùi, khôngvị. Nếu nước có mùi vị khó chịu là triệu
chứng nước bị ô nhiễm. Mùi vị trong nước gây ra do hai nguyên nhân chủ yếu sau:
 Do các sản phẩm phân huỷ các chất hữu cơ trong nước.

2


Khãa luËn tèt nghiÖp
 Do nước thải có chứa những chất khác nhau, màu mùi vị của nước đặc
trưng cho từng loại.
Mùi của nước được xác định theo cường độ qui ước, ví dụ nếu mẫu nước có
mùi nhẹ và pha loãng bằng nước sạch đến thể tích bằng 1:1; mà mùi biến mất thì chỉ
số ngưỡng có mùi (TON) bằng 1, còn nếu pha loãng gấp đôi mùi mới biến mất thì
chỉ số mùi bằng 2. Nếu pha loãng mùi gấp 4, 5, 8, 100...mùi mới biến mất thì chỉ số
ngưỡng mùi tương ứng là 4, 5, 8 ...
1.1.4.

Độ đục [1]

Nước tự nhiên thường bị vẩn đục do những hạt keo lơ lửng trong nước, các
hạt keo này có thể là mùn, vi sinh vật, sét. Nước đục làm giảm sự chiếu sáng của
ánh sáng mặt trời qua nước. Độ đục của nước được xác định bằng phương pháp so
độ đục với một độ đục của một thang chuẩn.
1.1.5.

Nhiệt độ [1]

Nguồn gốc ô nhiễm chính là nguồn nước thải từ các bộ phận làm nguội ở các
nhà máy... Nhiệt độ trong loại nước thải này thường cao hơn 10 -20 0C so với nước
thường.
Ở những vùng nhiệt đới như nước ta, nhiệt độ nước thải vào sông, hồ tăng sẽ
làm giảm lượng oxy tan vào nước và tăng nhu cầu oxy của cá lên hai lần, tăng nhiệt
độ còn xúc tiến sự phát triển của các sinh vật phù du.
Nhiệt độ nước thường được đo bằng nhiệt kế.
1.1.6.

Chất rắn trong nước [1]

Nước có hàm lượng chất rắn cao là nước kém chất lượng.
Chất rắn trong nước gồm hai loại: chất rắn lơ lửng và chất rắn hoà tan, và
tổng hai chất rắn trên gọi là tổng chất rắn.
 Chất rắn lơ lửng thường làm cho nước bị đục, là một phần của chất rắn có
trong nước ở dạng không hoà tan. Căn cứ vào tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng có
trong nước, ta có thể xét đoán hàm lượng mùn, sét và những phần tử nhỏ khác có
trong nước. Chúng có thể có hại vì làm giảm tầm nhìn của các động vật sống trong
nước và độ dọi của ánh sáng mặt trời qua nước. Tuy nhiên nước có chất rắn lơ lửng
là đất mùn ( như nước phù sa ) được dùng làm nước tưới cho nông nghiệp rất tốt.

3


Khãa luËn tèt nghiÖp
Để xác định tổng chất rắn lơ lửng, mẫu nước lấy về phải được làm ngay hoặc
phải được bảo quản ở 4oC nhằm ngăn ngừa sự phân huỷ chất hữu cơ bởi vi sinh vật.
Lấy một thể tích nước nhất định, lọc qua giấy lọc đã biết khối lượng. Cặn trên giấy
lọc đem sấy khô ở 105oC ( thường dùng 180oC ), cân và tính ra mg/l.
 Chất rắn hoà tan, mắt thường không nhìn thấy được, thường làm cho

nước có mùi, vị khó chịu, đôi khi cũng làm cho nước có màu. Các chất rắn tan trong
nước thường là các chất khoáng vô cơ và đôi khi cả một số chất hữu cơ như các
muối clorua, cacbonat, hiđrocacbonat, nitrat, sunfat, phôtphat... của một số kim loại
như Na, K, Ca, Mg, Fe,...,các phân bón.
Nước có hàm lượng các chất rắn hoà tan cao không dùng trong sinh hoạt
được, không dùng để tưới trong nông nghiệp trong thời gian dài được vì sẽ gây mặn
cho đất. Nước có chứa nhiều chất rắn tan có thể dẫn tới các vi sinh vật trong nước bị
hoại sinh, oxi bị tiêu thụ nhiều và nước trở nên kị khí, dẫn đến hậu quả cá bị chết và
do quá trình kị khí chiếm ưu thế nên giải phóng các bọt khí như CO 2, NH3, H2S,
CH4... làm cho nước có mùi. Nước có hàm lượng các chất tan lớn cũng không dùng
được trong công nghiệp vì các chất rắn sẽ dẫn đến đóng cặn trong bể chứa, nồi hơi,
máy móc, gây ra ăn mòn kim loại...
Để xác định tổng hàm lượng các chất rắn tan trong nước, ta lọc mẫu nước
qua giấy lọc băng xanh để tách những phần tử lơ lửng không tan trong nước. Lấy
250ml nước đã lọc, làm bay hơi trên bếp cách thuỷ đến cạn khô, sau đó sấy cặn ở
180oC, đem cân cặn và tính tổng hàm lượng chất rắn tan có trong nước ra mg/l.
1.1.7.

Độ dẫn điện [1]

Các muối tan trong nước tồn tại ở các dạng ion nên làm cho nước có khả năng
dẫn điện. Độ dẫn điện của nước phụ thuộc vào nồng độ, tính linh động và hoá trị
của các ion (ở nhiệt độ nhất định). Như vậy khả năng dẫn điện của nước phản ánh
hàm lượng chất rắn tan trong nước.
Để xác định độ dẫn điện người ta đo điện trở hoặc dùng máy đo độ dẫn trực
tiếp với đơn vị là milisimen (mS). Độ dẫn điện của mẫu nước được so với độ dẫn
điện của dung dịch chuẩn KCl. Ở 25 oC độ dẫn điện tương ứng của dung dịch KCl
với các nồng độ khác nhau như sau :
Dung dịch 0,001M KCl có độ dẫn điện tương ứng là 141 mS
Dung dịch 0,01M KCl có độ dẫn điện tương ứng là 147,3 mS

4


Khãa luËn tèt nghiÖp

1.1.8.

Dung dịch 0,05M KCl có độ dẫn điện tương ứng là 666,8 mS
Dung dịch 0,1M KCl có độ dẫn điện tương ứng là 1290,0 mS
Độ cứng của nước [1]

Độ cứng của nước do các kim loại kiềm thổ, chủ yếu là canxi và magie gây
nên. Nước cứng thường không được gọi là ô nhiễm vì không gây hại tới sức khoẻ
con người. Nhưng nước cứng lại gây nên hàng loạt các hậu quả: nước cứng pha chè
không ngấm, xà phòng không tạo bọt vì xà phòng tạo kết tủa với ion Ca 2+, Mg2+. Độ
cứng có hai dạng :
 Độ cứng tạm thời do muối hidrocacbonat của canxi và magie tạo nên. Độ
cứng này sẽ mất khi đun sôi nước vì các muối này bị phân huỷ tạo thành kết tủa, đó
là dạng đóng cắn ở đáy và thành ấm đun nước.
 Độ cứng vĩnh cửu do các muối clorua, sunfat, nitrat của canxi và magiê
tạo nên.
Độ cứng thường được biểu thị bằng số milimol của các ion canxi và magiê
có trong một lít nước (trước đây thường được biểu thị bằng số mg CaO/lit hay bằng
số mg CaCO3 /lit).
Để xác định độ cứng của nước người ta thường dùng phương pháp chuẩn độ
complexom với dung dịch đệm NH 3 + NH4Cl có pH =10. Với chất chỉ thị là
Eriocrom T đen.
1.1.8. Độ axit [1]
Độ axit được định nghĩa là hàm lượng của các chất có trong nước tham gia

phản ứng với kiềm mạnh (NaOH hay KOH). Độ axit của nước được xác định bằng
lượng kiềm được dùng để trung hoà nước.
Đối với các loại nước thiên nhiên thường gặp, độ axit của nước phụ thuộc
vào lượng CO2 trong nước. Các chất mùn và các axit hữu cơ có trong nước cũng tạo
nên một phần độ axit của nước thiên nhiên. Trong tất cả các trường hợp đó, pH của
nước thường không nhỏ hơn 4,5.
Đối với nước thải, chứa các loại axit mạnh tự do chứa các muối tạo bởi axit
mạnh và bazơ yếu sẽ dẫn đến độ axit của nước cao. Trong những trường hợp này
pH của nước không lớn hơn 4,5.
Để xác định độ axit của nước, người ta chuẩn độ nước bằng dung dịch chuẩn
NaOH hay KOH, lượng dung dịch kiềm tiêu tốn cho quá trình chuẩn độ với chất chỉ

5


Khãa luËn tèt nghiÖp
thị là metyl da cam tương ứng với lượng axit tự do của nước, còn nếu dùng chất chỉ
thị là phenolphtalein thì tương ứng với độ axit chung của nước. Nếu pH của nước 
8,3 thì độ axit của nó bằng không.
1.1.9. Độ kiềm [1]
Độ kiềm được định nghĩa là hàm lượng của các chất có trong nước phản ứng
với các axit mạnh. Để xác định độ kiềm của nước người ta sử dụng phương pháp
chuẩn độ nước bằng dung dịch axit mạnh.
Đối với nước thiên nhiên, độ kiềm của nó phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng
muối cacbonat, hidrocacbonat của các kim loại kiềm thổ. Trong trường hợp này pH
của nước thường  8,3.
Để xác định độ kiềm của nước, người ta chuẩn độ mẫu nước bằng dung dịch
chuẩn HCl, lượng dung dịch axit tiêu tốn cho quá trình chuẩn độ với chất chị thị là
phenolphtalein (pHtđ) tương ứng với lượng kiềm tự do chất chỉ thị là metyl da cam
(pHtđ = 4,5). Tương ứng với độ kiềm toàn phần của nước.

Để xác định độ pH của nước người ta thường dùng máy đo pH.
1.1.10.

Oxi hoà tan trong nước (DO: dissoled oxygen) [1]

Oxi tan trong nước rất ít. Độ tan bão hoà của oxi trong nước sạch ở O 0C vào
khoảng 14-15 ppm (hay mg/l). Thông thường nước ít bão hoà oxi mà chỉ có 70-80%
so với mức bão hoà. Đôi khi do các thực vật nổi và các loại thực vật sống trong
nước thực hiện quá trình quang hợp mạnh nên giải phóng ra oxi nhiều làm cho oxi
trong nước đạt trên mức bão hoà (200% gọi là siêu bão hoà ).
Ở các hệ sinh thái nước, trừ ban ngày có quá trình quang hợp xảy ra mạnh
còn nói chung DO là nhân tố hạn chế và đôi khi gây nên tình trạng thiếu oxi và làm
chết các sinh vật ở nước.
Trị số DO cho biết mức độ ô nhiễm của nguồn nước, ví dụ khi có nhiều chất
hữu cơ trong nước thì DO giảm đáng kể. Nước bình thường có giá trị DO là 14-16
mg/l, nếu thấp hơn giá trị này là nước ô nhiễm.
1.1.11. Nhu cầu oxi sinh hoá (BOD: Biochemical Oxygen Demand) [1]
BOD là lượng oxi vi sinh vật đã sử dụng trong quá trình oxi hoá các chất
hữu cơ.
vi sinh vật
Chất hữu cơ +
O2
CO2 + H2O +
sản phẩm cố định

6


Khãa luËn tèt nghiÖp
Oxy sử dụng trong quá trình này là oxy hoà tan trong nước .

Chỉ tiêu BOD là chỉ tiêu thông dụng nhất để xác định mức độ ô nhiễm của
nước. Nó biểu thị cho lượng chất hữu có thể bị phân huỷ bởi vi sinh vật .
Chỉ số BOD cao chứng tỏ lượng chất hữu cơ là chất bẩn có khả năng phân
huỷ sinh học trong nước càng lớn.
Trong thực tế người ta không thể xác định lượng oxi cần thiết để vi sinh vật
oxi hoá hoàn toàn chất hữu cơ có trong nước, mà chỉ cần xác định lượng oxi cần
thiết khi ủ ở nhiệt độ 20 0C trong 5 ngày trong phòng tối để tránh quá trình quang
hợp; khi đó khoảng 70-80% nhu cầu oxi được sử dụng và kết quả được biểu thị
bằng BOD5 (5 ngày ủ).
1.1.12. Nhu cầu oxi hoá học (COD:Chemical Oxygen Demand) [1]
COD là lượng oxi cần thiết cho quá trình oxi hoá hoá học các chất hữu cơ có
trong nước thành CO2 và H2O.
COD là một chỉ tiêu quan trọng để đánh giá sự ô nhiễm nước vì nó cho biết
hàm lượng chất hữu cơ có trong nước.
Chỉ số COD biểu thị cả lượng chất hữu cơ không thể oxi hoá bằng vi sinh
vật, do đó giá trị COD bao giờ cũng cao hơn giá trị BOD.
Ngoài BOD và COD, người ta thường dùng một số chỉ số khác để đo hàm
lượng các chất hữu cơ trong nước như: tổng cacbon hữu cơ (TOC- Total Organic
Cacbon) và nhu cầu theo lý thuyết (ThOD: Theoretical Oxygen Demand) . TOC chỉ
dùng được khi hàm lượng các chất hữu cơ có trong nước thải tạo thành CO 2 + H2O,
nhưng đại lượng này chỉ tính được khi biết công thức hóa học của các chất hữu cơ,
mà các chất hữu cơ có trong nước rất phức tạp nên không thể tính được nhu cầu oxy
theo lý thuyết nhưng chắc chắn là:
ThOD  COD  BODcuối  BOD5.
Bảng1. Tiêu chuẩn chất lượng nước mặt - TCVN 5942 -1995 [5]
STT

Thông số

1

pH

2

BOD5

3

COD

Đơn vị

Giá trị giới hạn
A

B

6 - 8,5

5,5 - 9

mg/l

>4

< 25

mg/l

≥10

≥ 35

7


Khãa luËn tèt nghiÖp
4

Oxi hoà tan

mg/l

≥6

≥2

5

Chất rắn lơ lửng

mg/l

20

80

6

Asen

mg/l

0,05

0,1

7

Bari

mg/l

1

4

8

Cađimi

mg/l

0,01

0,02

9

Chì

mg/l

0,05

0,1

10

Crom (VI)

mg/l

0,05

0,05

11

Crom (III)

mg/l

0,1

1

12

Đồng

mg/l

0,1

1

13

Kẽm

mg/l

1

2

14

Mangan

mg/l

0,1

0,8

15

Niken

mg/l

0,1

1

16

Sắt

mg/l

1

2

17

Thuỷ ngân

mg/l

0,001

0,002

18

Thiếc

mg/l

1

2

19

Amoni (tính theo N )

mg/l

0,05

1

20

Florua

mg/l

1

1,5

21

Nitrat (tính theo N)

mg/l

10

15

22

Nitrit (tính theo N)

mg/l

0,01

0,05

23

Xianua

mg/l

0,01

0,05

24

Phenol (Tổng số)

mg/l

0,001

0,02

25

Dầu, mỡ

mg/l

Không

0,3

26

Chất tẩy rửa

mg/l

0,5

0,5

27

mg/l

0,15

0,15

28

Tổng hoá chất bảo vệ thực
vật (trừ
DDT)
DDT

mg/l

0,01

0,01

29

Coliform

MPN/100ml

5000

10000

30

Tổng hoạt độ phóng xạ

Bq / l

0,1

0,1

31

Tổng hoạt độ phóng xạ

Bq /l

10

1,0

Chú thích:
– Cột A áp dụng đối với nước mặt có thể dùng làm nguồn cấp nước
sinh hoạt (nhưng phải qua quá trình xử lí theo quy định).

8


Khãa luËn tèt nghiÖp
– Cột B áp dụng đối với nước mặt dùng cho các mục đính khác.
Nước dùng cho nông nghiệp và nuôi trồng thuỷ sản có quy định riêng.
1.2. Các phương pháp cơ-lý-hóa xử lý nước thải

1.2.1. Phương pháp lắng và đông tụ [3]
Nước thải được đưa vào bể chứa lắng các chất rắn. Thông thường các chất lơ
lửng lắng rất chậm hoặc khó lắng. Để tăng vận tốc lắng các chất này người ta dùng
một số hóa chất sau làm tác nhân kết lắng.
-

Phèn Al2(SO4)3. n H2O ( n = 13 -18);
Sô đa kết hợp với phèn: Na2CO3 + Al2(SO4)3 ;
Sắt sunfát FeSO4.7H2O;
Nước vôi Ca(OH)2;
Natri aluminat Na2Al2O4;
Sắt (III) clorua và sắt (III) sunfat;
Dùng phèn thì phản ứng tạo photphat kết lắng như sau:
Al2(SO4)

+ 2 PO43-  2 AlPO4 + 3 SO42-

pH tối ưu 5,6-8
- Dùng vôi loại bicacbonat, cacbonat photphat và magie theo các phản ứng
sau:
Ca(OH)2 +

Ca(HCO3)2  2 CaCO3 +

Ca(OH)2 +

H2CO3

 CaCO3

Ca(OH)2 +

2 CaHPO4

 Ca3(PO4)2

+ 2 H2O

 CaCO3

+ MgCO3 + 2 H2O

Ca(OH)2 + Mg(HCO3)2
-

+

2 H2O
H2 O

Dùng sắt (III) clorua để tạo phôtphat
FeCl3 +6H2O +PO43-  FePO4 +3 Cl - + 6H2O

-

Dùng natri aluminat để loại photphat
Na2Al2O4 +2 PO43- +4 H2O  2AlPO4 + 2NaOH + 6OH-

Những chất kết lắng thành bùn và trong bùn chứa nhiều hợp chất khó tan.
Việc sử dụng bùn này làm phân bón có thể làm cho cây trồng khó tiêu hóa.

1.2.2. Phương pháp hấp phụ [3]
Phương pháp này dựa trên nguyên tắc là các chất ô nhiễm tan trong nước có
thể được hấp phụ trên bề mặt một số chất rắn (chất hấp phụ). Các chất hấp phụ
thường dùng trong mục đích này là than hoạt tính dạng hạt hoặc dạng bột, than bùn
sấy khô hoặc có thể là đất sét hoạt tính diatomit, betomit.

9


Khãa luËn tèt nghiÖp
Các chất hữu cơ kim loại nặng và các chất màu dễ bị hấp phụ. Lượng chất
hấp phụ sử dụng tùy thuộc vào khả năng hấp phụ của từng chất và hàm lượng chất
bẩn có ở trong nước. Phương pháp này có tác dụng tốt có thể hấp phụ được 85-95%
các chất hữu cơ và màu.
Để loại bỏ kim loại nặng, các chất hữu cơ, vô cơ độc hại người ta dùng than
bùn để hấp phụ và nuôi bèo tây trên mặt hồ.
1.2.3. Phương pháp trung hòa [3]
Nước có độ axit cao cần cho qua lọc với vật liệu lọc có tính kiềm như với
vôi, đá vôi đolomit hoặc dùng nước vôi trung hoà trực tiếp. Cũng có khi dùng dung
dịch kiềm (NaOH hoặc Na2CO3) vào mục đích này.
Nước thải có tính kiềm dùng axít kỹ thuật pha loãng để trung hòa. Trước khi
trung hòa cần chuẩn bị và tính toán sao cho sau khi trung hòa được độ pH của nước
mong muốn với lượng hóa chất vừa đủ.
1.2.4. Phương pháp dùng chất sát khuẩn [3]
Nước thải sau khi xử lý bằng các biện pháp cần thiết trước khi đưa vào sông
hồ hoặc các nguồn nước khác, cũng như quay lại để cấp nước sinh hoạt phải cần sát
khuẩn. Chất sát khuẩn cần dùng và không gây độc hại là khí clo (Cl 2). Việc clo hóa
nhằm mục đích diệt các vi sinh vật tảo và làm giảm mùi của nước. Các hợp chất clo
dùng ở đây là clo lỏng được chứa trong các bình thép (bom clo) vôi clorua có độ
hoạt động của clo là 25 - 35% các hypoclorit NaOCl, Ca(OCl) 2 vừa có hoạt tính của

clo vừa có hoạt tính oxy hóa nên có thể phân hủy nhiều chất độc hữu cơ thành chất
không độc.
1.2.5. Các bể chứa và lắng [3]
Các bể này có thể là bể bê tông hoặc ao hồ được gia cố nền móng sao cho
nước thải ít ngấm vào các tầng đất sâu. Nước thải vào các bể này và được lưu lại
trong thời gian 2 - 10 h . Thực tế đây là sự mô phỏng quá trình lắng đọng tự nhiên
của nước trong các thủy vực. Sau thời gian 3 h thì hầu hết các chất rắn dễ lắng và 30
- 40% những chất rắn ở dạng lơ lửng huyền phù được lắng xuống đáy bể.
Phần nước ở trên được đưa vào các qúa trình xử lý tích cực với các phương
pháp lên men, hiếu khí, thiếu khí hoặc kị khí tùy tiện.
Các phần lắng cắn tùy từng công đoạn có thể làm phân bón cho cây trồng
hoặc đem thiêu hủy.

10


Khãa luËn tèt nghiÖp
1.3. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
1.3.1. Nguyên lý chung [4]
Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân
huỷ các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các
chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong
qúa trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh
trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên. Qúa trình phân hủy các
chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là qúa trình oxy hóa sinh hóa.
Để thực hiện qúa trình oxy hoá sinh hóa, các chất hữu cơ hòa tan, cả các chất
keo và phân tán nhỏ trong nước thải cần được di chuyển vào bên trong tế bào của vi
sinh vật. Theo quan điểm hiện đại nhất, qúa trình xử lý nước thải hay nói đúng hơn
là việc thu hồi các chất bẩn từ nước thải và việc vi sinh vật hấp phụ các chất bẩn đó
là một qúa trình gồm ba giai đoạn:

 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.
 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.
 Quá trình chuyển hóa các chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinh
năng lượng và qúa trình tổng hợp các chất mới của tế bào với sự hấp thụ năng
lượng.
Các giai đoạn trên có quan hệ rất chặt chẽ với nhau và qúa trình chuyển hóa
các chất đóng vai trò chính trong qúa trình xử lý nước thải.
Người ta có thể phân loại các phương pháp sinh học dựa trên các cơ sơ khác
nhau. Song nhìn chung có thể chia chúng thành hai loại chính sau: xử lý sinh học
hiếu khí và xử lý sinh học yếm khí
1.3.2. Phương pháp hiếu khí [2,4 ]
Đây là phương pháp xử lý sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí. Để đảm
bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxy liên tục và duy trì nhiệt độ trong
khoảng 20 đến 40 0C.
Phương trình tổng quát các phản ứng tổng hợp của quá trình oxy hoá sinh
hóa ở điều kiện hiếu khí như sau:

11


Khãa luËn tèt nghiÖp
CxHy Oz N +(x+y/4- z/2 - 3/4)

vi sinh vật

O2

x CO2 + (y-3) /2

H2O + NH3 + H (1)
CxHy Oz N

+

NH3 +

O2

vi sinh vật

C5H7 NO2 + CO2 +

H (2)
Trong phản ứng trên, CxHy Oz N là tất cả các chất hữu cơ của nước thải, còn
C5H7NO2 là công thức theo tỷ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế bào vi sinh
vật, H là năng lượng.
Phản ứng (1) là phản ứng oxy hoá các chất hữu cơ để đáp ứng nhu cầu năng
lượng của tế bào, còn phải ứng (2) là phản ứng tổng hợp để xây dựng tế bào. Lượng
oxy tiêu tốn cho các phản ứng này là tổng BOD của nước thải.
Nếu tiếp tục tiến hành quá trình oxy hoá thì không đủ chất dinh dưỗng, quá
trình chuyển hoá các chất của tế bào xảy ra theo giai đoạn sau:
C5H7 NO2 + 5
O2 vi sinh vật
5 CO2 + NH3 + 2
H2O + H
NH3
vi sinh vật

+
HNO3

O2

vi sinh vật

HNO2 +

O2

Tổng lượng oxy tiêu tốn cho bốn phản ứng trên gần gấp hai lần lượng oxy
tiêu tốn của hai phản ứng đầu. Từ các phản ứng trên thấy rõ sự chuyển hoá hoá học
là nguồn năng lượng cần thiết cho các vi sinh vật.
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình phân huỷ hiếu khí:
 pH: Đây là yếu tố có ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình xử lý. Khoảng pH
tối ưu cho quá trình xử lý thường là nằm gần vùng trung tính.
 Lượng oxy cung cấp cho quá trình xử lý phụ thuộc nhiều vào sự khuấy
trộn, sục khí,...Lượng oxy cung cấp càng nhiều thì càng làm tăng tốc độ quá trình
xử lý.
 Nhiệt độ: Khi nhiệt độ tăng thì tốc độ oxy hóa tăng. Trong thực tế nhiệt
độ nước thải trong hệ thống xử lý được duy trì trong khoảng 20 oC đến 30oC. Khi
nhiệt độ tăng quá ngưỡng vi khuẩn sẽ bị chết, còn ở nhiệt độ thấp thì tốc độ xử lý sẽ
giảm, quá trình thích nghi của vi sinh vật với môi trường mới sẽ bị chậm lại.
 Các nguyên tố dinh dưỡng và vi lượng: Để có phản ứng sinh hóa nước
thải cần chứa các hợp chất của các nguyên tố dinh dưỡng và vi lượng. Đó là các

12

Khãa luËn tèt nghiÖp
nguyên tố N, P, K, Mg, Ca, Na, Cl, Fe, Mn, ...Trong đó N, K, P là các nguyên tố chủ
yếu.
1.3.3. Phương pháp yếm khí
1.3.3.1. Nguyên lý chung [2,3,4]
Đây là phương pháp sử dụng các vi sinh vật yếm khí.
(CHO)nNS + O2  CO2 + H2O + sinh khối vi sinh + sản phẩm chính + các chất
trung gian + CH4 + H2 + NH4+ + H2S + năng lượng.
Ở điều kiện yếm khí sinh khối vi sinh vật được tạo thành ít, ngoài các chất
trung gian tới (70%) có một sản được quan tâm nhiều là metan. Vì người ta cũng
dựa vào qui trình này để thu metan và quá trình này còn được gọi là lên men metan.
Các phương pháp phương pháp yếm khí được dùng để lên men bùn cặn sinh
ra trong quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học, cũng như nước thải công
nghiệp chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao (BOD = 4  5 g/l). Đây là phương pháp
cổ điển nhất dùng để ổn định bùn cặn, trong đó các vi khuẩn yếm khí phân huỷ các
chất hữu cơ. Tuỳ thuộc vào loại sản phẩm cuối cùng, người ta phân loại quá trình
này thành: lên men rượu, lên men axit lactic, lên men metan...Những sản phẩm cuối
cùng của quá trình lên men là: cồn, các axit, axeton, khí CO 2, H2, CH4 .
Để xử lý nước thải người ta sử dụng quá trình lên men khí metan. Đó là quá
trình phức tạp, diễn ra theo nhiều giai đoạn. Cơ chế của quá trình này chưa được
biết đến một cách chính xác và đầy đủ. Nhưng người ta giải thích quá trình lên men
khí metan gồm hai pha: pha axit và pha kiềm ( hay pha metan).
 Trong pha axit. Các vi khuẩn tạo axit (bao gồm các vi khuẩn tuỳ tiện và
vi khuẩn yếm khí) hóa lỏng chất rắn hữu cơ sau đó lên men các chất hữu cơ phức
tạp đó tạo thành các axit bậc thấp như axit béo, cồn, axit amin, amoniac, glyxerin,
axeton đihydrosunfua, CO2, H2.
Các vi khuẩn kị khí thường là vi khuẩn gram âm, không hình thành bào tử
phân huỷ polysacarit để biến thành axit axetic, axit butyric và CO 2. Có tới 30% số
chủng loại đã phân lập có khả năng tạo thành hydro. Thành phần loài phụ thuộc vào
sự thay đổi của môi trường.

Khi có mặt xenlulo, các vi khuẩn sau đây sẽ chiếm đa số: Bacillus cereus, B.
megateruim, Pseudomonas aeruginosa, Pseudomonas riboflavina, Ps. reptilovora,
Leptespira biflexa, Alcaligenes faecalis và Proteus vulgraris. Các vi khuẩn này đã
được phân lập từ bể tiêu hoá kị khí sinh metan.

13


Khãa luËn tèt nghiÖp
Phế liệu giàu tinh bột tạo điều kiện cho Micrococcus candidus, M varians,
M. urea, Bacillus cereus, B. megaterium và Pseudomonas spp sinh trưởng và phát
triển.
Phế liệu giàu protein thích hợp cho quần thể vi khuẩn sau đây: Clostridium,
Bacillus cereus, B. circulans B. sphaericus, B. subtilis, Micrococcus varians,
Escherichia coli, Baracolo beterium intermedium, Pseudomonas coliforme và
Pseudomonas spp.
Dầu béo thực vật kích thích sinh trưởng của Micrococcus, Bacillus,
Streptomyces, Alcaligenes và Pseudomonas tại các bể tiêu hoá kị khí.
Trong số vi khuẩn phân huỷ protein, cần chú ý đến giống Clostridium. Chúng
có khá nhiều trong nước thải chứa protein. Các loài thuộc giống này kị khí, phân
huỷ rất mạnh protein và chia thành 3 nhóm:
 Clostridium nhóm I (Clostridium butylicum) phân huỷ trực tiếp tinh bột,
sinh axit axetic chủ yếu là axit butylic.
 Clostridium nhóm II phân huỷ protein sinh axit izovaleric và axit axetic.
 Clostridium nhóm III (Clostridium perfringens), phân huỷ protein, không
phân huỷ đường, thu nhận năng lượng từ chuyển hoá các axit amin.
Bảng2. Một số vi khuẩn sinh axit hữu cơ
Tên vi khuẩn
Bacillus cereus

pH
5.2

Nhiệt độ
Sản phẩm
(to-C)
25
35 Axetic, lactic

Bacillus knolfekampi

5.2 - 8.0

25 - 35

Axetic, lactic

Bacillus megaterium

5.2 - 7.5

28 - 35

Axetic, lactic

Bacteroides succinigenes

5.2 - 7.5

25 - 35

Axetic, sucxicnic

Clostridium carnefectium

5.0 - 8.5

25 - 37

Formic, axetic

Clostridium cellobinharus

5.0 - 8.5

36 - 38

Lactic, etanol, CO2

Clostridium dissolvens

5.0 - 8.5

35 -51

Formic, axeitc

Clostridium dissolvens

5.0 - 8.5

35 - 51

Lactic, sucxinic

Clostridium dissolvens

5.0 - 8.5

35 - 51

Formic, axetic

Clostridium thermocellulaseum

5.0 - 8.5

55 - 65

Lactic, sucxinic, etanol

Pseudomonas

2

3 - 42

Ruminococcus sp

2

33 - 48

Lactic, axetic, lactic,
sucxinic,
etanolsucxinic
Formic, axetic,

14


Khãa luËn tèt nghiÖp

 Trong pha kiềm. Các vi khuẩn tạo metan chỉ gồm các vi khuẩn yếm khí
chuyển hoá các sản phẩm trung gian trên tạo thành CO 2 và CH4 .
Những vi khuẩn này sống kị khí nghiêm ngặt, rất mẫn cảm với oxi, sinh
trưởng và phát triển rất chậm. Vi khuẩn sinh metan được chia thành 4 giống theo
hình thái và khả năng bào tử:
 Methanobacterium hình que, không sinh bào tử .
 Methanobacillus hình que, sinh bào tử .
 Methanococcus tế bào hình cầu, đứng riêng rẽ, không kết thành chuỗi.
 Methanosarsina tế bào hình cầu, kết thành chuỗi hoặc khối.
Đặc điểm của quá trình sinh metan là do tác dụng của một quần thể vi khuẩn.
Các loài vi khuẩn sinh metan nói chung có đặc tính gram âm, không di động, đa số
sinh bào tử và kị khí rất nghiêm ngặt. Chúng có thể sử dụng NH 3 làm nguồn nitơ.
Chúng phát triển rất chậm. Sau khi cấy trên môi trường dinh dưỡng vài tuần mới
phát triển thành những dạng hoạt động.
Những vi khuẩn sinh metan rất nhạy cảm với môi trường, đặc biệt là rất bị ức
chế bởi sự có mặt của các kim loại có trong môi trường.
Nguồn cacbon của chúng là các hợp chất hữu cơ, vô cơ đơn giản, như các

axit focmic, butiric, propionic, axetic, rượu metanol, etanol, khí H 2, CO2, CO. Để
các vi khuẩn metan phát triển bình thường trong môi trường cần phải có đủ CO 2 và
các chất chứa nitơ. Nếu trường hợp môi trường lên men thiếu thì phải bổ sung.
Nguồn nitơ tốt nhất đối với vi khuẩn metan là amon cacbonat và amon clorua. Đặc
biệt là vi khuẩn metan không sử dụng nitơ trong các axit amin. Để quá trình lên men
tiến hành bình thường thì lượng nitơ cần thiết trong môi trường theo tỉ lệ sau: C/N
là 20:1.
Bảng 3. Một số vi khuẩn sinh metan
Tên vi khuẩn

pH

Nhiệt độ
(0C)

Axit bị chuyển hoá

Methanobacterium
omelianskii

6,5 - 8

37 - 40

CO2, H2, rượu I và II

Methanopropionicum

Axit propionic

15


Khãa luËn tèt nghiÖp
Methanoformicum

H2, CO2, formic axit

Methanosochngenii

Axit axetic

Methanosuboxydans

Axit butyric, axit
valeric, caprionic

Methanoruminanticum

H2, axit formic

Methanococcus vanirielii

1,4 - 9,0

Methanococcuss mazei

Axit formic và H2
30 - 37

Methanosarcina
methanica
Methanosarcina barkerli

Axit axetic, axit butyric

35 -37

Axit axetic, butyric

30

CO2, H2, axit axetic,
metanol

7,0

Do các phản ứng thuỷ phân và các phản ứng oxy hóa khử xảy ra một cách
nhanh chóng và đồng bộ trong cùng một pha nên sự sắp xếp các phản ứng khi
không có sự tham gia của oxy nêu trên chỉ mang tính quy ước. Nhu cầu oxy sinh
học của toàn bộ quá trình gần như bằng không. Do sinh nhiều axit nên độ pH của
môi trường có thể giảm mạnh.
Phản ứng chính tạo thành metan có thể xảy ra như sau:
 CH4 + 4 A + 2 H2O

CO2 + 4 H2A

trong đó H2A là chất hữu cơ chứa hydro.
Cũng có thể xảy ra các phản ứng khác (khi có và khi không có hydro ):
CO

+

3 H2

4 CO +

2 H2O



CH4

 3 CO2

+

H2O

+

CH4

Metan có thể được tạo thành do phân rã axit axetic:
CH3COOH 

CH4 + CO2

CO2 + H2  CH4

+ 2 H2O

Trong qúa trình xử lý nước thải công nghiệp chứa SO 42-, ở điều kiện yếm
khí , vi khuẩn khử sunfat sẽ khử SO42- thành H2S như sau:
5 H2 A +

SO42-  5 A + H2S + 4 H2O

Ngoài ra còn có cả quá trình đề nitrat hoá:
6 H2 A

+ 2 NO3-

 6A

+

Tóm lại quá trình lên men metan gồm ba giai đoạn:

16

H2O +

N2


Khãa luËn tèt nghiÖp
 Giai đoạn lỏng hoá nguyên liệu đầu để vi khuẩn dễ sử dụng các chất dinh
dưỡng.
 Giai đoạn tạo thành axit:

H2A  các axit hữu cơ (CH3COOH, C2H5COOH, C3H7COOH)
 Giai đoạn tạo thành mêtan:
Các axit hữu cơ



CH4

+ CO2

Các yếu tố chính ảnh hưởng tới hiệu suất quá trình phân huỷ yếm khí tạo khí
mêtan:
 Nhiệt độ: Nhiệt độ là yếu tố điều tiết cường độ của quá trình. Nhiệt độ tối
ưu cho quá trình này là 350C. Như vậy quá trình có thể thực hiện ở điều kiện ấm (30
 350C) hoặc nóng (50  550C). Khi nhiệt độ dưới 100C vi khuẩn tạo metan hầu như
không hoạt động.
 Liều lượng nạp nguyên liệu (bùn) và mức độ khuấy trộn: Nguyên liệu nạp
cho quá trình cần có hàm lượng chất rắn 7  9%. Tác dụng của khuấy trộn là phân
bố đều dinh dưỡng và tạo điều kiện tiếp xúc tốt với các vi sinh vật và giải phóng
khi sản phẩm ra khỏi hỗn hợp lỏng - rắn.
 Tỷ số C/N: Tỷ số C/N tối ưu cho quá trình là (25  30).
 pH: pH tối ưu cho quá trình dao động trong phạm vi rất hẹp, từ 6,5
đến7,5. Do lượng vi khuẩn tạo ra bao giờ cũng bị giảm trước khi quan sát thấy pH
thay đổi, nên nếu pH giảm thì cần ngừng nạp nguyên liệu, vì nếu tiếp tục nạp
nguyên liệu thì hàm lượng axit tăng lên dẫn đến kết quả là làm chết các vi khuẩn tạo
CH4.
 Ngoài ra phải kể đến ảnh hưởng của dòng vi khuẩn, thời gian lưu cần đủ
để đảm bảo hiệu suất khử các chất gây ô nhiễm và điều kiện không chứa các hoá
chất độc, đặc biệt là các kim loại nặng (Cu, Ni, Zn...), hàm lượng NH 3 và sunfua
quá dư cùng một số hợp chất hữu cơ khác.

1.3.3.2. Vai trò của dị dưỡng trong qúa trình xử lý yếm khí [7]
Các sinh vật mà sử dụng cacbon từ các hợp chất hữu cơ cho sự sinh trưởng
được gọi là dị dưỡng.
Dị dưỡng là nguyên nhân làm giảm các chất thải. Bằng việc tiêu hoá yếm khí
này, các vi sinh vật yếm khí đã xử lý bùn từ quá trình xử lý nước thải công nghiệp
và nước thải thành phố kể cả trường hợp nước thải công nghiệp có nồng độ đậm

17


Khãa luËn tèt nghiÖp
đặc. Các sinh vật thuộc nhóm này bao gồm các vi sinh vật kỵ khí bắt buộc hoặc vi
sinh vật kỵ khí không bắt buộc. Mật độ của dị dưỡng trong sự tiêu hoá vi sinh vật
kị khí có thể là 109  1010 tế bào / ml.
Trong sự tiêu hoá vi sinh vật yếm khí hỗn hợp các đại phân tử hữu cơ bao
gồm sinh khối vi sinh vật, được khử trùng hợp (sự phân ly các hợp chất phân tử
thành các phân tử nhỏ) sau đó là các quá trình trao đổi chính tạo thành các axit béo,
CO2 và khí H2. Khí H2 ngay sau đó có thể được sử dụng để tạo ra CH 4. Trong xử lý
chất thải bằng yếm khí , một số lượng lớn các sinh vật khác tham gia trong quá trình
này, bao gồm các sinh vật hydrolyzing, các vi sinh vật tạo axit, các vi sinh vật tạo
khí metan. Metan được tạo ra bằng cách khử trực tiếp các nhóm metyl hoặc bằng
cách khử CO2 thành CH4, khí H2 được sử dụng như là tác nhân khử. Vài vi khuẩn dị
dưỡng trong sự tiêu hoá vi sinh vật yếm khí là :
Sinh vật

Vai trò

Clostridium

Mạng tế bào, protêin và làm giảm axit nucleic

Bacteroides

Mạng tế bào, protêin và làm giảm tinh bột

Ruminococcus

Làm giảm mạng tế bào

Bacillus

Làm giảm mạng tế bào

Succinimonas

Làm giảm tinh bột

Streptococcus

Làm giảm tinh bột

Anaerovibrio

Làm giảm chất béo

Succinovibrio

Lên men gluco

Eubacterium

Lên men gluco

Lactobacillus

Lên men gluco

Veillonella

Làm giảm sự tiết ra sữa

Methanobacterium

Sản xuất metan

Methanobrevibacter

Sản xuất metan

Methanococcus

Sản xuất metan

Methanosarcina

Sản xuất metan

1.3.3.3. Vai trò của tự dưỡng trong quá trình xử lý nước thải [7]

18

Khãa luËn tèt nghiÖp
Vi khuẩn tự dưỡng đóng vai trò quan trọng trong sự tuần hoàn các nguyên tố
trong môi trường tự nhiên và trong các quá trình xử lý nước thải. Các sinh vật này
nhận cacbon từ cacbondioxit và do vậy nó không trực tiếp đóng góp trực tiếp đến
nhu cầu oxi sinh hoá (BOD). Chúng nhận năng lượng từ sự oxi hóa các hợp chất vô
cơ có mặt trong chất thải hoặc lấy từ việc phá huỷ các chất dinh dưỡng bằng dị
dưỡng. Ví dụ, các chất nền cho sự tự dưỡng bao gồm: NH 3, NO2-, H2S, S và khí H2.
Hầu hết sự dị dưỡng hoá học là vi khuẩn ưa khí bắt buộc, tất cả các vi khuẩn quang
tự dưỡng (ngoại trừ cyanobacteria ) là các vi khuẩn yếm khí. Các nhóm vi khuẩn dị
dưỡng hoá học lớn và nguồn năng lượng của chúng là:
Nhóm

Loại

Oxi hoá chất nền và sản
phẩm được tạo ra

Vi khuẩn nitriyfing

Vi khuẩn S

Nitrosomonas

NH3  NO2-

Nitrobacter

NO2-  NO3-

Thiobacillus

S2- SO42-

Beggiatoa
Thiothrix
Vi khuẩn Fe

Sphaerotilus

fero  ferit

Leptothrix

fero  ferit

Crenothrix

fero  ferit

Gallionella

fero  ferit

1.3.3.4. Các chu trình trong xử lý yếm khí [7]
Trong môi trường trung tính và trong các quá trình xử lý nước thải, các vi
sinh vật không có chức năng trong sự cô lập nhưng nó sẽ có tác động lẫn nhau để
tiến hành vận chuyển nước. Một số vi sinh vật tiến hành bẻ gẫy các phân tử lớn
(như mạng tế bào của thực vật và các protein) ở đó có sự làm giảm các sản phẩm

khác của hoạt động trao đổi chất của chúng (như gluco và aminoaxit ). Vài vi sinh
vật phải làm việc cùng với nhau để làm giảm chất đơn giản. Do đó, để có kết qủa
xử lý cao cần phải có sự tác động thích hợp của tự dưỡng và dị dưỡng. Tác động
sinh học của nhiều vi khuẩn là có ý nghĩa nhất trong chu trình sinh học của các
nguyên tố.

19


Khãa luËn tèt nghiÖp
 Chu trình cacbon. Cacbon được quay vòng giữa CO2 và các chất hữu cơ
được chỉ ra ở hình 1.

Quang tổng
hợp của thực
vật và tảo

Cáchợp chất
hữu cơ
CH2O

Sinh trưởng
và hô hấp của
thực vật, động
vật và vi sinh
vật
Hiếu khí

Sinh trưởng
của tự dưỡng

Hiếu khí
Yếm khí

Cacbon
dioxit
CO2

Yếm khí

Sự lên men
Vi khuẩn
ánh
sáng
Các hợp chất
hữu cơ
Hình 1. Chu trình
CH2Ocacbon

Sự hô hấp của
vi sinh vật
yếm khí

Các thực vật và các sinh vật quang tổng hợp có liên quan tới sự chuyển đổi tự
dưỡng của CO2 không khí thành sinh khối. CO2 được quay vòng trở lại không khí
bằng sự tự dưỡng nhờ sự hô hấp của vi khuẩn hiếu khí và lên men. Trong điều kiện
hoạt động của các vi sinh vật yếm khí, các chất hữu cơ có thể không bao giờ bị oxi
hoá hoàn toàn thành CO2. Tỷ lệ của chất nền ban đầu phải được sử dụng như là chất
nhận electron cuối cùng, mà thông qua sự lên men sẽ tạo ra các hợp chất hữu cơ có
phân tử lượng nhỏ như: axetat, lactat, etanol và metan.
 Chu trình nitơ. Những hoạt động của các sinh vật là thiết yếu trong sự

duy trì hoạt của chu trình nitơ được chỉ ra ở hình 2

20


Khãa luËn tèt nghiÖp
Sinh khối các hợp chất của nitơ
Đồng hoá
cho sự phát
triển
Denitơ hoá
Nitrat
NO3-

Vi khuẩn kị
khí

Cố
định
nitỏ

Vi khuẩn
dị dưỡng

Nitơ không
khí

Vi khuẩn
dị dưỡng

Nitrobacter
vi khuẩn tự
dưỡng hiếu
khí

Nitrit NO

Nitrosomona
s
Vi khuẩn tự dưỡng hiếu
khí

2

Nitơ hữu
cơ

Amoni
NH3 /NH4

Hình
2. Chu
Sinh
khối
cáctrình
hợpnitơ
chất sunfua hữu
cơ
Amoni được giải phóng ra đầu tiên từ các hợp chất hữu cơ, như protein bằng
Đồng

Vi khuẩn
dị dưỡng. Mặc dù vài amoni không thể kết lại bằng các sinh vật khi chúng tăng
hoá cho
dị dưỡng
trưởng, phần còn lại
sựđược giải phóng vào môi trường. Dưới các điều kiện yếm khí ,
amoni không thể bịphát
oxi hoá. Chỉ một lượng nhỏ có thể được chuyển đi bằng sự đồng
triển
hoá để phát triển các vi sinh vật. Dưới
Vi cáckhuẩn
điều kiện yếm
dị khí, nitrat có thể được
Các chất
Sunfat
dưỡng
chuyển thành khí
N
bằng
vi
khuẩn
dị
dưỡng
denitrat
hoá.
Điều
này
đòi hỏi
sựcơ
có

thải
hữu
SO42-2
mặt của các hợp chất hữu cơ để sử dụng khi có nguồn năng lượng khử.chứa S
Khử
vi
 Chu trình sunfua. Mặc dù đựợc đòi hỏi
một lượng nhỏ nitơ nhưng lưu
khuẩn
Oxi
kịchất
khí thải thành phố bằng vi
huỳnh hoá
là mộtvichất dinh dưỡng cần thiết. Việc làmSO
giảm
4
khuẩn dị
dưỡng là kết quả của việc giải phóng ra sunfat. Chu trình sunfua được chỉ
khuẩn
S tự
ra ở hình
3.
Oxi hóa vi khuẩn
dưỡng
S tự dưỡng

H2S

SO2,
SO3

Oxi
hoá
khuẩn
S
dưỡng

Vi khuẩn yếm khí
vi
tự

21
Nguyên tố

Vi khuẩn
Phototrophic


Khãa luËn tèt nghiÖp

Hình 3. Chu trình sunfua
Dưới các điều kiện yếm khí, các hợp chất hữu cơ được oxi hóa và sunfat
được khử H2S bằng Desulfovibrio. H2S không trao đổi chất dưới các điều kiện kị
khí ngoại trừ vi khuẩn quang tự dưỡng mà sử dụng H2S như chất cho electron.
1.3.3.5. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kị khí [4]
1.3.3.5.1. Lên men bùn cặn
Khísản
Phương pháp này được
dùng để xử lý nước thải công nghiệp chứa hàm lượng
phẩm ra
các chất hữu cơ cao (BOD = 4  5g/l). Đây là phương pháp cổ điển nhất dùng để ổn

định bùn cặn, trong đó các vi khuẩn yếm khí phân huỷ các chất hữu cơ.
khíthường có hàm lượng ẩm, các muối
Do bùn cặn của nước thải công Két
nghiệp
kim loại và các chất khử bẩn cao nên cần phải tiến hành quá trình lên men ở tải
lượng thấp hơn bình thường 25  50%.
Quá trình tạo khí metan được Vùng
tiến hành
trong các bể lên men có nguyên lý
nước
cấu tạo như sau:
Gia
Vùng phân
Bùn thô
nhiệt
hủy mạnh
bùn
Vùng
chứa bùn

22
Bùn đã
phân hủy


Khãa luËn tèt nghiÖp

Nước

Hình 4. Bể phân huỷ metan

Bùn thô nạp vào bể theo phương thức gián đoạn, vào vùng phân huỷ mạnh
và nước phần trên được rút ra đi xử lý tiếp.
Bùn đã phân huỷ tích tụ ở đáy bể có thể rút ra một cách dễ dàng. Sản phẩm
khí của quá trình được tích giữ ở két khí là nắp nồi của bể.
Thể tích bể tiêu huỷ yếm khí được tính theo tải lượng riêng, thời gian tiêu
huỷ, sự giảm chất rắn và thời gian lưu trữ bùn. Các thông số này được liên hệ với
nhau theo công thức sau:
V1  V2
V 

Trong đó :

2

T 1V2T2

V : thể tích bể tiêu huỷ, m3;
V1:lưu lượng bùn thô nạp vào bể, m3/ngày;
V2 :lưu lương bùn lưu trữ trong bể, m3/ngày;
T1: thời gian tiêu huỷ, ngày ;
T1: thời gian bùn lưu trữ lại trong bể , ngày;
1.3.3.5.2. Hồ yếm khí.
Nguyên tắc tạo nên điều kiện yếm khí và làm việc của hồ yếm khí được minh
hoạ ở hình 5.
Lớp đầu mỡ và các vật
nổi
Lớp nước trong với 0.1% chất rắn hữu
cơ Bề mặt phân chia bùn
Dòng ra
nước

Dòng vào

Vùng bùn và các vi khuẩn
yếm khí hoạt
23động mạnh
với 3 – 4 % axit hữu cơ


Khãa luËn tèt nghiÖp

Hình 5. Hồ yếm khí
Ở đây các vi khuẩn yếm khí phân huỷ các chất hữu cơ thành các sản phẩm
cuối ở dạng khí là CO2 và CH4, thêm vào đó là hợp chất trung gian phát sinh mùi
như các axit hữu cơ, H2S...
Đặc tính của nước thải có thể xử lý bằng phương pháp yếm khí là có hàm
lượng chất hữu cơ cao, cụ thể là protein, mỡ, có nhiệt độ tương đối cao, không chứa
các chất độc và các chất dinh dưỡng.
Các tiêu chuẩn vận hành đối với hồ yếm khí để có thể đạt được hiệu suất khử
BOD bằng 75% là tải trọng BOD bằng 320g BOD /m 3.ngày, thời gian lưu tối thiểu
là 4 ngày, hồ làm việc ở nhiệt độ tối thiểu 250C.
Vận hành thường gặp đối với loại hồ này là sự giảm nhiệt độ do mặt hồ
không được lớp dầu mỡ phủ kín để cách nhiệt và tránh tác động khuấy trộn của nó.
Nếu hồ yếm khí được vận hành đúng sẽ không phát sinh mùi làm ô nhiễm môi
trường xung quanh.
Hồ yếm khí đã được sử dụng thành công trong xử lý nước thải ở các lò mổ
chế biến thịt, một loại nước thải có hàm lượng BOD đến 1400 mg/l, hàm lượng dầu
mỡ đến 500 mg/l và pH trung tính.

24

Khãa luËn tèt nghiÖp

Chương 2. THỰC NGHIỆM
2.1. Lấy mẫu và bảo quản mẫu
Kỹ thuật lấy mẫu và bảo quản mẫu nước thải có vai trò quyết định tới việc
phân tích, nghiên cứu, đánh giá, khảo sát chất lượng nước. Vì vậy để kết quả phân
tích có ý nghĩa chúng tôi tuân quy tắc lấy mẫu theo TCVN số 5993-1995 (tiêu
chuẩn lấy mẫu và bảo quản mẫu của Việt Nam ).
Cách lấy mẫu: do chỉ khảo sát sự biến thiên COD trước và sau xử lý nên đề
tài chọn lấy mẫu ở một địa điểm nhất định.
Địa điểm lấy mẫu: địa điểm lấy mẫu ở đây là ở sông Kim Ngưu gần cầu Mai
Động.
Dụng cụ lấy mẫu: Lấy mẫu bằng phương pháp thủ công với dụng cụ lấy mẫu
là bình nhựa P.E có thể tích là 30l.
Thời gian lấy mẫu:Mẫu được lấy vào thời điểm ít biến động nhất, vào 8 h
sáng vào lúc trời không mưa.
Bảo quản mẫu: Mẫu lấy xong được chuyển về phòng thí nghiệm, sau đó tiến
hành đo các thông số cần thiết.
2.2. Các phương pháp phân tích
2.2.1. Phương pháp xác định COD
 Nguyên tắc
Dùng K2Cr2O7 là chất oxi hoá mạnh để oxi hoá các hợp chất hữu cơ. Sau đó,
chuẩn độ lượng K2Cr2O7 bằng dung dịch muối Morh với chỉ thị feroin.
Để oxi hoá hoàn toàn các hợp chất hữu cơ mạch thẳng, các hydrocacbon
thơm khó bị oxi hóa có mặt trong nước thải cần cho Ag 2SO4 làm xúc tác, 80-90%
các chất trên sẽ được oxi hoá.
Phản ứng oxi hóa :
Chất hữu cơ + Cr2O7 2-+ H+

 2Cr3+ + H2O + CO2

Phản ứng được tiến hành ở 80-90 0C với xúc tác là bạc sunfat Ag 2SO4 trong
thời gian tối thiểu là hai giờ. Hầu hết các chất hữu cơ bị oxi hoá bởi hỗn hợp sôi
của

25