NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO BẰNG HỆ THỐNG LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO BẰNG
HỆ THỐNG LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ

Ngành học

: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Sinh viên thực hiện : TRẦN MINH BẢO
Niên khóa

: 2008 - 2012

Tháng 07/2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI HEO BẰNG
HỆ THỐNG LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ

Hướng dẫn khoa học

Sinh viên thực hiện

ThS. LÊ TẤN THANH LÂM

TRẦN MINH BẢO

Tháng 07/2012


LỜI CẢM ƠN
Em đã thực hiện cuốn luận văn này với sự giúp đỡ nhiệt tình từ người thân, thầy
cô, bạn bè. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến:
Ông Bà và Cha Mẹ, người đã sinh ra con, nuôi nấng con lớn lên, đã dạy dỗ, tạo
mọi điều kiện cho con được học tập và luôn động viên, giúp đỡ con hoàn thành khóa
luận này.
Ban Giám Hiệu nhà trường, Ban chủ nhiệm Bộ môn, cùng tất cả các quý thầy cô
Bộ môn Công nghệ Sinh học Trường Đại học Nông Lâm Thành Phố Hồ Chí Minh đã
giúp đỡ, tạo mọi điều kiện và truyền đạt kiến thức cho em trong suốt quá trình học tại
trường.
Em xin chân thành cảm ơn ThS. Lê Tấn Thanh Lâm, KS Dương Tấn Nhựt, cùng
các quý thầy cô và các bạn Khoa Môi trường và Tài nguyên đã tận tình hướng dẫn,
truyền đạt kiến thức quý báu, luôn động viên, quan tâm và hết lòng giúp đỡ em trong
suốt thời gian thực hiện đề tài.
Cám ơn các anh chị cùng các bạn đang làm đề tài tại Viện Công nghệ Sinh học và
Môi trường Trường ĐH Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh đã hướng dẫn và giúp đỡ mình
trong suốt thời gian làm đề tài.
Và cuối cùng mình xin gửi lời cảm ơn đến các bạn bè thân yêu của lớp DH08SH đã
cùng mình chia sẽ niềm vui, nỗi buồn trong thời gian học cũng như hết lòng giúp đỡ,
hỗ trợ mình trong thời gian làm khóa luận tốt nghiệp!

Sinh viên
Trần Minh Bảo

i


TÓM TẮT
Hiện nay, việc ô nhiễm môi trường từ chất thải chăn nuôi đang là vấn đề vấn đề
cấp thiết cần giải quyết. Chính vì thế, đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi
heo bằng hệ thống lọc sinh học hiếu khí” được tiến hành. Nội dung chính của đề tài là
phân tích, đánh giá các chỉ tiêu nước thải đầu vào (sau Biogas), nghiên cứu khả năng
xử lý nước thải chăn nuôi heo của mô hình lọc sinh học hiếu khí, và phân lập chủng vi
sinh vật chiếm ưu thế trong quá trình xử lý.
Mô hình được thiết kế bằng cột nhựa Acrilic có chiều cao 1 m, đường kính 90 mm
và thể tích là 6,4 lít. Vật liệu làm giá thể cho vi sinh vật dính bám là ống ruột gà được
cắt nhỏ chiếm thể tích là 686 ml, nước thải được cho từ trên xuống với lượng là 3 lít.
Với các chỉ tiêu nước thải đầu vào trung bình là pH 7,5; COD 903 mg/l; BOD5 490
mg/l; nitơ tổng 232,67 mg/l; và hàm lượng chất rắn lơ lững là 423,67 mg/l thì mô hình
xử lý có hiệu suất cao và thích hợp nhất là ở tải trọng 1,6 kgCOD/m3.ngày với hiệu
suất xử lý COD 90,3%, pH nằm trong khoảng 6 – 9.
Kết quả phân lập và định danh, đã xác định được nhóm vi sinh vật chiếm ưu thế
trong quá trình xử lý thuộc nhóm Enterobacter agglomerans, đây là chủng vi sinh vật
hiếu khí và Gram âm.

ii


SUMMARY

Nowadays, because of pollution enviroment from breeding waste is a matter to
solve. The research : "Study on treatment the pig wastewater breeding by aerobic
biological filter systems" was performed. The main work were the analysis and
evaluation of wastewater – input (after biogas), studying the possibility of the pig
wastewater breeding treatment of aerobic biological filtration, and isolation of
dominant microorganisms character in the process.
The model was designed using 6.4 liter plastic Acrilic column with the height of 1
m, and 90 mm in diameter. Ø16 plastic pipe in diameter was used as substrates for the
binding of microorganisms, they were chopped up the volume 686 ml, wastewater was
given from the top to the amount of 3 liters. The average values of wastewater input
were pH 7,5; 903 mg/l for COD; 490 mg/l for BOD5; 232.67 mg/l for total nitrogen
and 423.67 mg/l for suspended solids. With those input values of wastewater, the
model achived the highest performance at 1.6 kgCOD/m3.day with performance 90.3%
for COD, pH 6 - 9.
The dominant microorganisms isolated during the process were determined to
belong to Enterobacter agglomerans group, aerobic and gram negative.
Key words: aerobic biological filter, pig wastewater.

iii


MỤC LỤC
Trang

TÓM TẮT....................................................................................................................... ii
SUMMARY................................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ BẲNG VIẾT TẮT .................................................. vi
MỤC LỤC ..................................................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC BẢNG ............................................................................................ vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ ................................................................... viii

Chương 1 MỞ ĐẦU .......................................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề .................................................................................................................1
1.2. Yêu cầu đề tài ...........................................................................................................2
1.3. Nội dung nghiên cứu ................................................................................................2
Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU ...............................................................................3
2.1. Tổng quan về nước thải chăn nuôi. ..........................................................................3
2.1.1. Nguồn gốc..............................................................................................................3
2.1.2. Thành phần của nước thải chăn nuôi. ....................................................................4
2.1.3. Tính chất nước thải chăn nuôi ...............................................................................6
2.1.4. Các phương pháp xử lý.........................................................................................8
2.1.4.1. Phương pháp cơ học ...........................................................................................8
2.1.4.2 . Phương pháp hóa lý. ..........................................................................................8
2.1.4.3 . Phương pháp sinh học. ......................................................................................9
2.1.4.4 Phương pháp xử lý kỵ khí ...................................................................................9
2.1.4.5 Phương pháp xử lý hiếu khí...............................................................................10
2.2. Tổng quan về lọc sinh học .....................................................................................12
2.2.1. Lọc sinh học với lớp vật liệu không ngập nước (lọc nhỏ giọt). ..........................13
2.2.2. Lọc sinh học với lớp vật liệu ngập nước .............................................................13
2.2.3. Vật liệu lọc ..........................................................................................................15
2.2.4. Ưu và nhược điểm của hệ thống lọc sinh học .....................................................16
2.2.5. Các nghiên cứu trước đây về bể lọc sinh học ......................................................16
Chương 3 VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ......................................19
3.1. Thời gian và địa điểm nghiên cứu ..........................................................................19
3.2.1. Mô hình bể lọc sinh học ......................................................................................19
iv


3.2.2. Mẫu nước thải ......................................................................................................20
3.2.3. Bùn hoạt tính .......................................................................................................20
3.2.4. Các dụng cụ thí nghiệm .......................................................................................20

3.3. Bố trí thí nghiệm .....................................................................................................21
3.4. Mô tả thí nghiệm ....................................................................................................22
3.4.1. Kiểm tra chất lượng nước thải đầu vào ...............................................................22
3.4.2. Thí nghiệm sinh học ............................................................................................22
3.4.2.1. Thí nghiệm thích nghi ......................................................................................22
3.4.2.2. Thí nghiệm tăng tải ...........................................................................................23
3.4.3. Thí nghiệm vi sinh ...............................................................................................24
3.4.3.1. Xác định vi sinh vật chiếm ưu thế ....................................................................24
3.4.3.2. Nhuộm gram và xem hình thái .........................................................................24
3.4.3.3. Thử nghiệm sinh hoá ........................................................................................25
3.5. Phương pháp phân tích ...........................................................................................26
Chương 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................................27
4.1 Kiểm tra chất lượng nước thải đầu vào. ..................................................................27
4.2 Thí nghiệm sinh học ................................................................................................28
4.2.1 Thí nghiệm thích nghi ..........................................................................................28
4.2.2. Thí nghiệm tăng tải ..............................................................................................29
4.2.2.1. Kết quả thí nghiệm với nồng độ COD đầu vào 400 mg/l.................................29
4.2.2.2. Kết quả thí nghiệm với nồng độ COD đầu vào 600 mg/l.................................36
4.2.2.3. Kết quả xử lý COD ở nồng độ 800mg/l ...........................................................41
4.3. Thí nghiệm vi sinh ..................................................................................................47
4.3.1. Xác định nhóm vi sinh vật chiếm ưu thế .............................................................47
4.3.2. Xác định loại tế bào gram âm, dương .................................................................48
4.3.3. Thử nghiệm sinh hoá ...........................................................................................49
Chương 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................51
5.1. Kết luận...................................................................................................................51
5.2. Kiến nghị ................................................................................................................51
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................52
PHỤ LỤC

v

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ BẲNG VIẾT TẮT
COD :

Nhu cầu Oxy hóa học – Chemmical Oxygen Demand

BOD :

Nhu cầu Oxy sinh học – Biochemmical Oxygen Demand

SS :

Chất rắn lơ lửng – Suspended Solids

N tổng :

Tổng hàm lượng Nitơ

MLSS :

Tổng chất rắn lơ lửng trong hệ bùn lỏng – Mixed liquor Suspended solids

QCVN :

Quy chuẩn Việt Nam

BTNMT :

Bộ Tài Nguyên Môi Trường

TGL :

Thời gian lưu

m:

Mét

mm :

Milimet

SD :

Độ lệch chuẩn

s:

Giây

SBR :

Bể hoạt động gián đoạn

PVC :

Polyvinyl clorit

vi

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 2.1 Các loại vi khuẩn, ký sinh trùng có trong phân gia súc...................................5
Bảng 2.2 Tính chất của nước thải chăn nuôi heo ............................................................7
Bảng 3.1 Các phương pháp phân tích mẫu nước ..........................................................26
Bảng 4.1 Kết quả phân tích các chỉ tiêu nước thải chưa xử lý .....................................27
Bảng 4.2 Kết quả thí nghiệm với thời gian lưu 2 giờ ...................................................30
Bảng 4.3 Kết quả thí nghiệm với thời gian lưu 4 giờ ...................................................31
Bảng 4.4 Kết quả thí nghiệm với thời gian lưu 6 giờ ...................................................32
Bảng 4.5 Kết quả thí nghiệm với thời gian lưu 8 giờ ...................................................33
Bảng 4.6 Kết quả tổng hợp với tất cả các tải trọng ở nồng độ 400 mg/l ......................34
Bảng 4.7 Kết quả thí nghiệm với thời gian lưu 4 giờ ...................................................36
Bảng 4.8 Kết quả thí nghiệm với thời gian lưu 6 giờ ...................................................38
Bảng 4.9 Kết quả thí nghiệm với thời gian lưu 8 giờ ...................................................39
Bảng 4.10 Kết quả tổng hợp với tất cả các tải trọng ở nồng độ 600 mg/l ....................40
Bảng 4.11 Kết quả thí nghiệm với thời gian lưu 4 giờ .................................................42
Bảng 4.12 Kết quả thí nghiệm với thời gian lưu 6 giờ .................................................43
Bảng 4.13 Kết quả thí nghiệm với thời gian lưu 8 giờ .................................................44
Bảng 4.14 Kết quả tổng hợp với tất cả các tải trọng ở nồng độ 800 mg/l ....................45
Bảng 4.15 Số lượng từng loại khuẩn lạc ở nồng độ pha loãng mẫu 10-14.....................47
Bảng 4.16 Số lượng từng loại khuẩn lạc ở nồng độ pha loãng mẫu 10-15.....................47

vii


DANH MỤC CÁC HÌNH VÀ BIỂU ĐỒ
Trang
Hình 2.1 Cấu tạo bể lọc sinh học nhỏ giọt. ...................................................................13

Hình 2.2 Sơ đồ bể lọc sinh học vật liệu nổi ..................................................................14
Hình 3.1 Mô hình bể lọc sinh học hiếu khí...................................................................19
Hình 3.2 Bố trí thí nghiệm ............................................................................................21
Hình 3.3 Các bước tiến hành nhuộm Gram và minh hoạ kết quả.................................25
Hình 4.1 Biểu đồ kết quả quá trình chạy thích nghi .....................................................28
Hình 4.2 Giá thể sau quá trình chạy thích nghi ............................................................29
Hình 4.3 Biểu đồ kết quả xử lý COD ở nồng độ 400 mg/l, thời gian lưu 2 giờ. ..........30
Hình 4.4 Biểu đồ kết quả xử lý COD ở nồng độ 400 mg/l, thời gian lưu 4 giờ. .........31
Hình 4.5 Biểu đồ kết quả xử lý COD ở nồng độ 400 mg/l, thời gian lưu 6 giờ ..........33
Hình 4.6 Biểu đồ kết quả xử lý COD ở nồng độ 400 mg/l, thời gian lưu 8 giờ ..........34
Hình 4.7 Biểu đồ hiệu suất xử lý COD ở nồng độ 400 mg/l ........................................35
Hình 4.8 Biểu đồ kết quả xử lý COD ở nồng độ 600 mg/l, thời gian lưu 4 giờ ..........37
Hình 4.9 Biểu đồ kết quả xử lý COD ở nồng độ 600 mg/l, thời gian lưu 6 giờ ..........38
Hình 4.10 Biểu đồ kết quả xử lý COD ở nồng độ 600 mg/l, thời gian lưu 8 giờ ........39
Hình 4.12 Biểu đồ kết quả xử lý COD ở nồng độ 800 mg/l, thời gian lưu 4 giờ ........42
Hình 4.13 Biểu đồ kết quả xử lý COD ở nồng độ 800 mg/l, thời gian lưu 6 giờ ........43
Hình 4.14 Biểu đồ kết quả xử lý COD ở nồng độ 800 mg/l, thời gian lưu 8 giờ ........45
Hình 4.15 Biểu đồ kết quả xử lý COD ở nồng độ 800 mg/l .........................................46
Hình 4.16 Khuẩn lạc của chủng vi sinh vật. .................................................................48
Hình 4.17 Hình thái của vi sinh vật chiếm ưu thế ........................................................49
Hình 4.18 Vi khuẩn Enterobacter agglomerans...........................................................50

viii


Chương 1 MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Đời sống người Việt Nam từ ngàn năm nay gắn liền mật thiết với nông nghiệp. Bên
cạnh việc sản xuất nông nghiệp thì ngành chăn nuôi cũng gắn bó với người nông dân.
Trong ngành chăn nuôi thì chăn nuôi heo là một lĩnh vực được quan tâm nhiều và cung

cấp một lượng thịt lớn cho đời sống hằng ngày của người dân. Việc chăn nuôi heo sẽ
tận dụng nguồn thức ăn và lao động dư thừa trong nông nghiệp. Với những đặc tính
riêng của nó như tăng trọng nhanh, vòng đời ngắn việc chăn nuôi heo luôn được quan
tâm và nó trở thành con vật không thể thiếu được của cuộc sống hằng ngày trong hầu
hết các gia đình nông dân. Trong những năm gần đây, đời sống của nhân dân ta không
ngừng được cải thiện và nâng cao, nhu cầu tiêu thụ thịt trong đó chủ yếu là thịt heo
ngày một tăng cả về số lượng, chất lượng đã thúc đẩy ngành chăn nuôi heo bước sang
bước phát triển mới và đang có xu hướng trở thành một ngành công nghiệp.
Bên cạnh những mặt tích cực, vấn đề môi trường do ngành chăn nuôi gây ra đang
được dư luận và các nhà làm công tác môi trường quan tâm khi tốc độ phát triển chăn
nuôi ngày càng tăng, lượng chất thải do chăn nuôi đưa vào môi trường ngày càng
nhiều, đe dọa đến môi trường đất, nước, không khí xung quanh một cách nghiêm
trọng. Nguồn nước thải chăn nuôi là một nguồn nước thải có chứa nhiều hợp chất hữu
cơ, virus, vi trùng, trứng giun sán. Nguồn nước này có nguy cơ gây ô nhiễm các tầng
nước mặt, nước ngầm và trở thành nguyên nhân trực tiếp phát sinh dịch bệnh cho đàn
gia súc. Đồng thời, nó có thể lây lan một số bệnh cho con người và ảnh hưởng đến môi
trường xung quanh vì nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều mầm bệnh như: Samonella,
Leptospira, Clostridium tetani và nhiều vi sinh vật khác, nếu không xử lý kịp thời thì
sẽ ảnh hưởng tới đời sống của con người. Bên cạnh đó, còn có nhiều loại khí được tạo
ra bởi hoạt động của vi sinh vật như NH 3, CO2, CH4, H2S, và các chất khí khác. Các
loại khí này có thể gây nhiễm độc không khí, nguồn nước ngầm ảnh hưởng đến đời
sống con người và hệ sinh thái. Việc thiết kế hệ thống xử lý nước thải cho các trại
chăn nuôi heo trở thành một hoạt động hết sức cần thiết. Do đó, để giải quyết vấn đề
bức thiết về nước thải chăn nuôi đề tài “ Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi heo
bằng hệ thống lọc sinh học hiếu khí ” được thực hiện.
1


1.2. Yêu cầu đề tài
Đánh giá chỉ tiêu nước thải đầu vào, nghiên cứu xử lý nước thải bằng phương

pháp sinh học, phân lập và định danh vi sinh vật trong nước thải sau khi xử lý.
1.3. Nội dung nghiên cứu
Phân tích và đánh giá một số chỉ tiêu hóa lý của nước thải chăn nuôi heo; nghiên
cứu khả năng xử lý nước thải của mô hình lọc sinh học hiếu khí; xác định chủng vi
sinh vật chiếm ưu thế trong quá trình xử lý bằng phân lập và định danh.

2


Chương 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU
2.1. Tổng quan về nước thải chăn nuôi
2.1.1. Nguồn gốc nước thải chăn nuôi
Lịch sử xã hội loài người trải qua rất nhiều giai đoạn phát triển và gắn liền với nó
là lịch sử phát triển của ngành chăn nuôi với mục đích cung cấp thịt, trứng, sữa phục
vụ đời sống con người. Lịch sử ngành chăn nuôi gắn liền với lịch sử xã hội của loài
người qua các giai đoạn hình thành và phát triển.
Giai đoạn đầu tiên là thời kì người tiền sử. Ở thời kì này, con người chưa hề biết gì
về trồng trọt và chăn nuôi, đời sống của họ chủ yếu sử dụng các công cụ thô sơ để săn
bắt và hái lượm. Họ thường sống trong hang đá, chưa biết sản xuất thực phẩm và tích
lũy thực ăn, đời sống của họ chịu ảnh hưởng nhiều của tự nhiên.
Đến thời chiếm hữu nô lệ, trình độ sản xuất của con người có tiến bộ hơn. Khi thức
ăn dư thừa con người đã biết đem những con thú bắt được nuôi nhốt xung quanh khu
vực sống của họ để khi không bắt được thú hoặc không kiếm được thức ăn thì đem ra
làm thịt. Thú được nuôi bởi những thức ăn mà con người thấy nó ăn lúc tự do. Ở thời
kì này con người bước đầu đã biết chăn nuôi.
Thời kì phong kiến, lực lượng sản xuất phát triển mạnh, trong nông nghiệp đã có
sự phân công giữa trồng trọt và chăn nuôi. Chăn nuôi đã được quan tâm nhiều hơn,
những hiểu biết về chăn nuôi và công tác giống đã được hình thành có hệ thống.
Nhưng chăn nuôi ở thời kì này đang con nhỏ lẻ và chỉ ở quy mô hộ gia đình.
Bắt đầu từ thời kì tư bản chủ nghĩa cho đến nay, do dân số tăng nhanh dẫn đến nhu

cầu về lương thực và thực phẩm ngày càng lớn. Ngành chăn nuôi ngày càng phát triển
mạnh. Việc nghiên cứu, đầu tư phát triển những giống mới cho sản lượng cao, chất
lượng tốt được chú trọng và đẩy mạnh. Chăn nuôi bên cạnh quy mô nhỏ đã phát triển
thành ngành nuôi công nghiệp với việc ra đời ngày càng nhiều những trại quy mô lớn.
Do sự phát triển trên quy mô lớn của ngành chăn nuôi kéo theo những vấn đề lớn
và nổi trội nhất là việc xử lý nước thải chăn nuôi. Nước thải chăn nuôi khi được thải ra
môi trường sẽ gây ô nhiễm rất trầm trọng cho môi trường và là tác nhân gây lây lan
nhiều bệnh dịch ảnh hưởng đến sức khỏe con người. Chính vì vậy, việc giải quyết
nước thải chăn nuôi là một vấn đề cấp bách của con người.
3


2.1.2. Thành phần của nước thải chăn nuôi
Nước thải ra trong quá trình chăn nuôi thường bao gồm nước tiểu, nước phân, nước
tắm, nước rửa chuồng, vệ sinh dụng cụ.
Nước thải chăn nuôi heo là một loại nước thải rất đặc trưng và có khả năng gây ô
nhiễm môi trường cao do có chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P và
VSV gây bệnh. Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường của Viện chăn
nuôi (2006) tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mô tập trung thuộc Hà Nội, Hà Tây,
Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy đặc điểm của
nước thải chăn nuôi về các chất hữu cơ, hợp chất nitơ, phosphor và các lạo vi sinh vật.
Các chất hữu cơ
Hợp chất hữu cơ chiếm 70 – 80% bao gồm cellulose, protit, acid amin, chất béo,
hidrat carbon và các dẫn xuất của chúng, thức ăn thừa. Các chất vô cơ chiếm 20 - 30%
gồm cát, đất, muối, ure, ammonium, muối chlorua, SO42-. Quá trình phân hủy các chất
hữu cơ trong điều kiện hiếu khí sẽ cho các sản phẩm CO2, H2O, NO2-, NH3-. Còn trong
quá trình kị khí thì sinh NH4, H2S, N2, NH3.
N và P
Khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rất kém, nên khi ăn thức ăn
có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu. Trong nước thải

chăn nuôi heo thường chứa hàm lượng N và P rất cao. Hàm lượng N tổng trong nước
thải chăn nuôi 220 - 460 mg/l, còn hàm lượng Photpho tổng là từ 36 - 72 mg/l.
(Nguyễn Thanh Cảnh và ctv, 1998).
Vi sinh vật
Nhìn chung, nước thải chăn nuôi không chứa các chất độc hại như nước thải của
các ngành công nghiệp khác nhưng chứa nhiều ấu trùng, vi trùng trứng sán gây bệnh.
Điển hình là nhóm vi trùng đường ruột như E. coli, Samonella, Shigella, Proteus,
Aiona. Theo nghiên cứu của Kigirov (1982), Nanxena (1978) và Bonde (1967), vi
trùng gây bệnh đóng dấu cho heo tồn tại trong nước tải 90 ngày, Brucella từ 28 - 74
ngày, Samonella từ 3 - 6 tháng, Leptospira 3 - 5 tháng, virus FMD tồn tại 2 - 3 tháng.
Các loai vi trùng như Bacillus anthracis tồn tại 2 năm, B. tetoni tồn tại và có khả năng
gây bệnh 3 - 4 năm (trích dẫn bởi Nguyễn Thùy Trang, 2008).

4


Trứng giun sán trong nước thải với những loài điển hình là Fasiola hepatica,
Fasiolagigantiac, Fasiolosisbuski, Oesophagostomun và Tricho cephalus dentatus có
thể phát triển đến giai đoạn gây nhiễm sau 6 - 28 ngày ở nhiệt độ và khí hậu nước ta và
có thể tồn tại 2 - 5 tháng. Nhiều loai mần bệnh có khả năng xâm nhập vào mạch nước
ngầm như B. anthracis, Samonella, E. coli (Lâm Quang Ngà, 1996). Theo quan trắc và
kiểm soát ô nhiễm môi trường nước của Tiến sĩ Lê Trình (1998) đã thống kê các loại
vi khuẩn gây bệnh trong phân gia súc gia cầm theo bảng 2.1.
Bảng 2.1 Các loại vi khuẩn, ký sinh trùng có trong phân gia súc
Tên vi trùng, ký sinh

Mật độ

Khả năng gây bệnh

Điều kiện bị diệt
Nhiệt độ Thời gian

trùng

(0C)

(phút)

Salmonella typhy

-

Thương hàn

55

30

Salmonella paratyphi

-

Phó thương hàn

55

30

Shigella spp

-

Lỵ

55

60

Vibrio Cholera

-

Tả

55

60

Escherichia coli

105/100ml

Viêm dạ dày ruột

55

60

Hepatite A

-

Viêm gan

55

3-5

Tenia Soginata

-

Sán

50

3–5

Micrococcus var

-

Ung nhọt

54

10

102/100ml

Sinh mủ

50

10

Ascarie cumbricoides

-

Giun đũa

50

60

Mycobacterium

-

Lao

60

20

Tubecudsis

-

Bạch hầu

55

45

Corynerbarterium

-

Bại liệt

65

30

Diptheriac

-

Sởi

45

10

Polio virus Hominis

-

Giun tóc

55

10

Coiardia lomblia

-

Sán bò

60

30

Sán heo

60

30

A&B

Streptococcus

Trichuris trichiura

(Lê Trình, 1998; trích dẫn bởi Phan Văn Kháng, 2008)

5


2.1.3. Tính chất nước thải chăn nuôi
Tính chất vật lý
Tính chất vật lý của nước thải được xác định dựa trên các chỉ tiêu: màu sắc, mùi,
nhiệt độ và lưu lượng.
Nước thải mới có màu nâu do có trộn lẫn với phân. Màu sắc của nước thải sẽ thay
đổi đáng kể nếu như bị nhiễm khuẩn, khi đó sẽ có màu đen tối. Độ màu của nước thải
chăn nuôi heo thường vào khoảng 350 - 780 Pt - Co, độ đục và khoảng 420 - 550 mg/l.
Nước thải chăn nuôi thường có mùi hôi, là do sự phân hủy kỵ khí các chất thải
chăn nuôi (chủ yếu phân và nước tiểu) phóng thích các khí như H2S, NH3. Trong 3 - 5
ngày đầu, do vi sinh vật chưa kịp phân hủy các chất thải nên mùi hôi ít sinh ra, sau một
thời gian dài tạo thành một mùi hôi rất khó chịu. Chất H2S có mùi trứng thối đặc trưng,
khiến cho người ngửi vào buồn nôn, choáng, nhức đầu. NH3 kích thích mắt và đường
hô hấp trên gây ngạt ở nồng độ cao và có thể gây tử vong (Lê Hoàng Việt, 2003).
Nhiệt độ của nước thải thường cao hơn so với nguồn nước sạch ban đầu do nước
thải có trộn lẫn với nước tiểu heo và ảnh hưởng của các quá trình phân hủy chất hữu cơ.
Lưu lượng: thể tích thực của nước thải cũng được xem là một đặc tính vật lý của
nước thải, có đơn vị m3/người.ngày. Vận tốc dòng chảy luôn thay đổi theo ngày.
Tính chất hóa học
Các thông số thể hiện tích chất hóa học thường là: số lượng các chất hữu cơ, vô
cơ và khí. Hay để đơn giản hóa, người ta xác định các thông số như: độ kiềm, BOD,
COD, các chất khí hòa tan, các hợp chất nitơ, phospho, các chất rắn (gồm các chất hữu
cơ, vô cơ, huyền phù, các chất không tan) và nước.
Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD): dùng để xác định lượng chất bị phân hủy sinh hóa
trong nước thải, thường được xác định sau 5 ngày ở nhiệt độ 20oC. BOD5 trong nước
thải chăn nuôi heo thường nằm trong khoảng 3500 - 8900 mg/l.
Nhu cầu oxy hóa học (COD): dùng để xác định lượng chất bị oxy hóa trong nước

thải, là một trong những chỉ tiêu đặc trưng dùng để kiểm tra mức độ ô nhiễm của nguồn
nước thải, nước mặt, cũng như các công trình xử lý nước thải. Chỉ số COD càng cao
chứng tỏ các hợp chất hữu cơ trong nước thải càng lớn gây nên sự thiếu hụt oxy hòa
tan trong nguồn tiếp nhận, làm mất khả năng tự làm sạch của nguồn nước. COD trong
nước thải chăn nuôi heo thường trong khoảng 5000 - 12000 mg/l (trích dẫn bởi Nguyễn
Thị Mỹ Linh và ctv, 2008).
6


Các chất khí hòa tan: đây là những chất khí có thể hòa tan trong nước thải hoặc
do quá trình phân hủy các chất hữu cơ tạo ra thường như là NH4, H2S, CO2.
Bảng 2.2 Tính chất của nước thải chăn nuôi heo
Đặc tính

Đơn vị

Giá trị

pH

-

4,5 - 8

Độ màu

Pt - Co

350 - 870

Độ đục

mg/l

420 - 550

BOD5

mg/l

3.500 - 8.900

COD

mg/l

5.000 - 12.000

SS

mg/l

680 - 1200

Pt

mg/l

36 - 72

Nt

mg/l

220 - 460

Dầu mỡ

mg/l

5 - 58

(Nguyễn Thanh Cảnh và ctv, 1998)
Hợp chất chứa Nitơ: Nitơ trong nước thải gồm 2 loại vô cơ và hữu cơ (tồn
tại dưới dạng NH 4 + ,NO 2 , NO 3 - là các sản phẩm phân hủy cuối cùng của các
hợp chất chứa nitơ) chúng làm tăng sự phát triển của tảo và thực vật nước.
Nitơ tổng thường nằm trong khoảng 220 - 460 mg/l.
Chỉ tiêu pH là cơ sở để xác định tính axit của nước thải. Nước thải chăn nuôi heo
thường có pH nằm trong khoảng 4,5 - 8.
Phospho là nhân tố cần thiết cho hoạt động sinh hóa. Trong nước thải chăn nuôi
phospho hầu hết ở dạng muối phosphate. Phospho tổng thường khoảng 36 – 72 mg/l.
Các chất rắn trong nước thải chăn nuôi heo bao gồm chất rắn lơ lững và chất rắn
hòa tan. Chất rắn lơ lửng (SS) nằm trong khoảng 680 - 1200 mg/l.
Nước luôn là thành phần cấu tạo chính của nước thải. Trong một số trường hợp,
nước có thể chiếm từ 99,5% - 99,9% trong nước thải (thậm chí ngay cả ngay cả trong
những loại nước thải ô nhiễm nặng nhất các chất ô nhiễm cũng ch ỉ chiếm 0,5%,
còn đối nguồn nước thải được xem là sạch nhất thì nồng độ này là 0,1%) (trích dẫn bởi
Nguyễn Thị Mỹ Linh và ctv, 2008).

7

2.1.4. Các phương pháp xử lý
Việc xử lý nước thải chăn nuôi nhằm giảm nồng độ các chất ô nhiễm trong nước
thải đến một nồng độ cho phép có thể xả vào nguồn tiếp nhận. Việc lựa chọn phương
pháp làm sạch và lựa chọn quy trình xử lý nước phụ thuộc vào yếu tố như: các yêu cầu
về công nghệ và vệ sinh nước, lưu lượng nước thải, các điều kiện của trại chăn nuôi và
hiệu quả xử lý (Lương Đức Phẩm, 2002).
Đối với nước thải chăn nuôi, có thể áp dụng các phương pháp xử lý sau: Phương
pháp xử lý cơ học, phương pháp xử lý hóa lý và phương pháp xử lý sinh học.
Trong các phương pháp trên, xử lý sinh học là phương pháp chính, các công trình
xử lý sinh học thường được đặt sau các công trình xử lý cơ học, hóa lý.
2.1.4.1. Phương pháp cơ học
Trong nước thải thường có các tạp chất rắn kích cỡ khác nhau bị cuốn theo như
rơm, cỏ, gỗ mẫu, cát, sỏi và các hạt lơ lửng ở dạng huyền phù rất khó lắng. Sử dụng
các phương pháp cơ học được áp dụng với mục đích tách các chất không hòa tan và
một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải tạo điều kiện xử lý. Có thể dùng các
phương pháp như lọc bằng song chắn rác hoặc lưới, lọc bằng các thiết bị có áp suất
cao như thiết bị lắng - lọc ly tâm (bể lắng cát, bể lắng đứng) (Lương Đức Phẩm, 2002).
2.1.4.2. Phương pháp hóa lý
Nước thải chăn nuôi còn chứa nhiều chất hữu cơ, chất vô cơ dạng hạt có kích thước
nhỏ, khó lắng, khó có thể tách ra bằng các phương pháp cơ học thông thường vì tốn
nhiều thời gian và hiệu quả không cao. Có thể áp dụng phương pháp keo tụ để loại bỏ
chúng. Các chất keo tụ thường sử dụng là phèn nhôm, phèn sắt, phèn bùn kết hợp với
polymer trợ keo tụ để tăng quá trình keo tụ. Nguyên tắc của phương pháp này là cho
vào trong nước thải các hạt keo mang điện tích trái dấu với các hạt lơ lửng có trong
nước thải (các hạt có nguồn gốc silic và chất hữu cơ có trong nước thải mang điện tích
âm, còn các hạt nhôm hidroxid và sắt hidroxid được đưa vào mang điện tích dương).
Khi thế điện động của nước bị phá vỡ, các hạt mang điện trái dấu này sẽ liên kết lại
thành các bông cặn có kích thước lớn hơn và dễ lắng hơn.

Theo nghiên cứu của Trương Thanh Cảnh (2001) tại trại chăn nuôi heo 2/9 thì
phương pháp keo tụ có thể tách được 80 - 90% hàm lượng chất lơ lửng có trong nước
thải chăn nuôi heo. Ngoài phương pháp keo tụ còn loại bỏ được phospho tồn tại ở dạng
PO43- do tạo thành kết tủa AlPO4 và FePO4.
8


Phương pháp này loại bỏ được hầu hết các chất bẩn có trong nước thải chăn nuôi.
Tuy nhiên, do chi phí xử lý cao, áp dụng phương pháp này để xử lý nước thải chăn
nuôi là không hiệu quả về mặt kinh tế. Ngoài ra, tuyển nổi cũng là một phương pháp
để tách các hạt có khả năng lắng kém nhưng có thể kết dính vào các bọt khí nổi lên.
Tuy nhiên chi phí đầu tư, vận hành cho phương pháp này cao, cũng không hiệu quả về
mặt kinh tế đối với các trại chăn nuôi (Trương Thanh Cảnh, 2001).
2.1.4.3. Phương pháp sinh học
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 một số chất khoáng làm
nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Tùy theo nhóm vi khuẩn sử dụng là hiếu khí hay
kỵ khí mà người ta thiết kế các công trình khác nhau. Và tùy theo khả năng về tài
chính, diện tích đất mà người ta có thể dùng hồ sinh học hoặc xây dựng các bể nhân
tạo để xử lý nước thải (Nguyễn Đức Lượng, 2003).
2.1.4.4. Phương pháp xử lý kỵ khí
Sử dụng vi sinh vật kỵ khí, hoạt động trong điều kiện yếm khí không hoặc có lượng
O2 hòa tan trong môi trường rất thấp, để phân hủy các chất hữu cơ. Bốn giai đoạn xảy
ra trong quá trình phân hủy kỵ khí là thủy phân, acid hóa, acetic hóa và methane hóa.
Trong giai đoạn thủy phân, dưới tác dụng của enzyme do các vi khuẩn tiết ra, các
phức chất và các chất không tan (polysaccharide, protein, lipid) chuyển hóa thành các
phức chất đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (đường, các acid amin, acid béo).
Trong giai đoạn acid hóa, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành
chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, rượu, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S
và sinh khối mới. Trong giai đoạn acetic hóa, vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản

phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetat, H2, CO2 và sinh khối mới.
Methane hóa là giai đoạn cuối của quá trình phân hủy kỵ khí. Acid acetic, H2,
CO2, acid formic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới. Sau
đây là một số bể phổ biến sử dụng phương pháp kỵ khí.
Bể xử lý bằng lớp bùn kỵ khí với dòng nước đi từ dưới lên (UASB)
Về cấu trúc, bể UASB (Upward-flow Anaerobic Sludge Blanket) là một bể xử lý
với lớp bùn dưới đáy, có hệ thống tách và thu khí, nước ra ở phía trên. Khi nước thải
được phân phối từ phía dưới lên sẽ đi qua lớp bùn, các vi sinh vật kỵ khí có mật độ cao
trong bùn sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải.
9


Về đặc điểm, cả ba quá trình phân hủy - lắng bùn - tách khí được lắp đặt trong
cùng một công trình. Sau khi hoạt động ổn định trong bể UASB hình thành loại bùn
hạt có mật độ vi sinh rất cao, hoạt tính mạnh và tốc độ lắng vượt xa so với bùn hoạt
tính hiếu khí dạng lơ lửng (Nguyễn Đức Lượng, 2003).
Bể phản ứng yếm khí tiếp xúc
Hỗn hợp bùn và nước thải được khuấy trộn hoàn toàn trong bể kín, sau đó được
đưa sang bể lắng để tách riêng bùn, nước. Bùn tuần hoàn trở lại bể kỵ khí, lượng bùn
dư thải bỏ thường rất ít do tốc độ sinh trưởng của vi sinh vật khá chậm. Bể phản ứng
tiếp xúc thực sự là một bể biogas cải tiến với cánh khuấy tạo điều kiện cho vi sinh vật
tiếp xúc với các chất ô nhiễm trong nước thải (Nguyễn Đức Lượng, 2003).
Bể lọc kỵ khí
Là một bể chứa vật liệu tiếp xúc để xử lý chất hữu cơ chứa nhiều cacbon trong
nước thải. Nước thải được dẫn vào bể từ dưới lên hoặc từ trên xuống, tiếp xúc với lớp
vật liệu có các vi sinh vật kỵ khí sinh trưởng và phát triển.
Bể phản ứng
Có dòng nước đi qua lớp cặn lơ lửng và lọc tiếp qua lớp vật liệu lọc cố định, là
dạng kết hợp giữa quá trình xử lý kỵ khí lơ lửng và dính bám.
2.1.4.5 Phương pháp xử lý hiếu khí

Sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện có oxy. Quá trình xử
lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí gồm 3 giai đoạn :
Oxy hóa các chất hữu cơ
Enzyme
CxHyOz + O2 → CO2 + H2O + ∆H

Tổng hợp tế bào mới
CxHyOz + O2 + NH3 → Tế bào vi khuẩn (C5H7O2N) + CO2 + H2O - ∆H
Enzyme

Phân hủy nội bào
Enzyme
C5H7O2N + O2 → 5CO2 + 2H2O + NH3 ± ∆H

Xử lý nước thải theo phương pháp hiếu khí nhân tạo dựa trên nhu cầu oxy cần cung
cấp cho vi sinh vật hiếu khí có trong nước thải hoạt động và phát triển. Các vi sinh vật
hiếu khí sử dụng các chất hữu cơ, các nguồn N và P cùng với một số nguyên tố vi
lượng khác làm nguồn dinh dưỡng để xây dựng tế bào mới, phát triển tăng sinh khối.
Bên cạnh đó quá trình hô hấp nội bào cũng diễn ra song song, giải phóng CO2 và nước.
10


Cả hai quá trình dinh dưỡng và hô hấp của vi sinh vật đều cần oxy. Để đáp ứng nhu
cầu oxy hòa tan trong nước, người ta thường sử dụng hệ thống sục khí bề mặt bằng
cách khuấy đảo hoặc bằng hệ thống khí nén (Nguyễn Đức Lượng, 2003).
Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng.
Quá trình này sử dụng bùn hoạt tính dạng lơ lửng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan
hoặc các chất hữu cơ dạng lơ lửng. Sau một thời gian thích nghi, các tế bào vi khuẩn
bắt đầu tăng trưởng và phát triển. Các hạt lơ lửng trong nước thải được các tế bào vi
sinh vật bám lên và phát triển thành các bông cặn có hoạt tính phân hủy các chất hữu

cơ. Các hạt bông cặn dần dần lớn lên do được cung cấp oxy và hấp thụ các chất hữu cơ
làm chất dinh dưỡng để sinh trưởng và phát triển (Lê Hoàng Việt, 2003).
Bùn hoạt tính là tập hợp các vi sinh vật khác nhau, chủ yếu là vi khuẩn, bên cạnh
đó còn có nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, nguyên sinh động vật, giun, sán và nhiều loài
khác, kết thành dạng bông với trung tâm là các hạt lơ lửng trong nước. Trong bùn hoạt
tính ta thấy có loài Zoogelea trong khối nhầy. Chúng có khả năng sinh ra một bao nhầy
xung quanh tế bào, bao nhầy này là một polymer sinh học với thành phần
polysaccharide có tác dụng kết các tế bào vi khuẩn lại tạo thành bông. Một số công
trình hiếu khí trên cơ sở xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính (Lê Hoàng Việt, 2003). Sau
đây là một số loại bể phổ biến hoạt động theo dạng này.
Bể aeroten thông thường đòi hỏi chế độ dòng chảy nút (plug-flow), khi đó chiều
dài bể rất lớn so với chiều rộng. Trong bể, nước thải vào có thể phân bố ở nhiều điểm
theo chiều dài, bùn hoạt tính tuần hoàn đưa vào đầu bể. Tốc độ sục khí giảm dần theo
chiều dài bể. Quá trình phân hủy nội bào xảy ra ở cuối bể.
Bể aeroten xáo trộn hoàn toàn đòi hỏi chọn hình dạng bể, trang thiết bị sục khí
thích hợp. Thiết bị sục khí cơ khí (motor và cánh khuấy) hoặc thiết bị khuếch tán khí
thường được sử dụng. Bể này thường có dạng tròn hoặc vuông, hàm lượng bùn hoạt
tính và nhu cầu oxy đồng nhất trong toàn bộ thể tích bể.
Bể aeroten mở rộng hạn chế lượng bùn dư sinh ra, khi đó tốc độ sinh trưởng thấp,
sản lượng bùn thấp và chất lượng nước ra cao hơn. Thời gian lưu bùn cao hơn so với
các bể khác (khoảng 20 - 30 ngày).
Mương oxy hóa là mương dẫn dạng vòng có sục khí để tạo dòng chảy trong mương
có vận tốc đủ xáo trộn bùn hoạt tính. Vận tốc trong mương thường được thiết kế lớn
hơn 3 m/s để tránh lắng cặn. Mương oxy hóa có thể kết hợp quá trình xử lý nitơ.
11


Bể hoạt động gián đoạn (SBR): bể hoạt động gián đoạn là hệ thống xử lý nước thải
với bùn hoạt tính theo kiểu làm đầy và xả cặn. Quá trình xảy ra trong bể SBR
(Sequencing Batch Reactor) tương tự như trong bể bùn hoạt tính hoạt động liên tục,

chỉ có điều tất cả quá trình xảy ra trong cùng một bể và được thực hiện lần lượt theo
các bước: làm đầy, phản ứng, lắng, xả cặn,và ngưng.
Quá trình xử lý hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám
Khi dòng nước thải đi qua những lớp vật liệu rắn làm giá đỡ, các vi sinh vật sẽ bám
dính lên bề mặt. Trong số các vi sinh vật này, có loài sinh ra các polysaccaride có tính
chất như một polymer sinh học có khả năng kết dính tạo thành màng. Màng này cứ
dày thêm với sinh khối của vi sinh vật dính bám hay cố định trên màng. Màng được
tạo thành từ hàng triệu đến hàng tỉ tế bào vi khuẩn, với mật độ vi sinh vật rất cao.
Màng có khả năng oxy hóa các hợp chất hữu cơ, các vi sinh vật ở trong do ít tiếp xúc
với cơ chất và ít nhận được O2 sẽ chuyển sang phân hủy kỵ khí, sản phẩm của biến đổi
kỵ khí là các acid hữu cơ, các alcol. Các chất này chưa kịp khuếch tán ra ngoài đã bị
các vi sinh vật khác sử dụng. Kết quả lớp sinh khối ngoài phát triển liên tục nhưng lớp
bên trong lại bị phân hủy hấp thụ các chất bẩn lơ lửng có trong nước khi chảy qua hoặc
tiếp xúc với màng (Lương Đức Phẩm, 2002).
2.2. Tổng quan về lọc sinh học
Nguyên lý của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động của vi
sinh vật ở màng sinh học, oxy hóa các chất hữu cơ có trong nước. Các màng sinh học
là tập thể các vi sinh vật hiếu khí, kỵ khí và kỵ khí tùy tiện. Các vi khuẩn hiếu khí
được tập trung ở phần ngoài của màng sinh học. Ở đây, chúng phát triển và gắn với giá
mang là các vật liệu lọc (được gọi là sinh trưởng gắn kết hay sinh trưởng dính bám).
Trong quá trình làm việc, các vật liệu lọc tiếp xúc với nước chảy từ trên xuống, sau
đó nước thải đã làm sạch được thu gom xả vào bể lắng. Nước vào lắng có thể kéo theo
những mảnh vỡ của màng sinh học bị tróc ra khi màng làm việc. Trong thực tế, một
phần nước sau khi qua lắng được quay trở lại làm nước pha loãng cho các loại nước
thải đậm đặc trước khi vào bể lọc và giữ nhiệt cho màng sinh học làm việc. Chất hữu
cơ nhiễm bẩn trong nước thải bị oxy hóa bởi quần thể vi sinh vật ở màng sinh học.
Màng này thường dày 0,1 – 0,4 mm. Các chất hữu cơ trước hết bị phân hủy bởi các vi
sinh vật hiếu khí (Lương Đức Phẩm, 2002).

12

Khi các chất hữu cơ có trong nước thải bị cạn kiệt, vi sinh vật ở màng sinh học sẽ
chuyển sang hô hấp nội bào và khả năng kết dính cũng giảm, dần dần bị vỡ cuốn theo
dòng nước lọc. Hiện tượng này được gọi là tróc màng. Sau đó ở điều kiện thích hợp
lớp màng mới lại xuất hiện (Lương Đức Phẩm, 2002).
2.2.1. Lọc sinh học với lớp vật liệu không ngập nước (lọc nhỏ giọt)
Lọc nhỏ giọt là loại bể lọc sinh học với lớp vật liệu tiếp xúc không ngập trong
nước. Các vật liệu lọc có độ rỗng và diện tích mặt tiếp xúc trong một đơn vị thể tích
lớn nhất trong điều kiện có thể. Nước đến lớp vật liệu lọc chia thành các dòng hoặc các
hạt nhỏ chảy thành lớp mỏng qua khe hở của vật liệu, đồng thời tiếp xúc với lớp màng
sinh học trên bề mặt vật liệu và được làm sạch do vi sinh vật của màng phân hủy hiếu
khí và kỵ khí các chất hữu cơ có trong nước.

Hình 2.1 Cấu tạo bể lọc sinh học nhỏ giọt (Lương Đức Phẩm, 2002).
Các chất hữu cơ phân hủy hiếu khí sinh ra CO2 và nước, phân hủy kỵ khí sinh ra
CH4 và CO2 làm tróc màng ra khỏi vật mang , bị nước cuốn theo. Trên mặt giá mang
và vật liệu lọc lại hình thành lớp màng mới. Hiện tượng này được lặp lại nhiều lần. Kết
quả, BOD của nước thải bị vi sinh vật sử dụng làm chất dinh dưỡng và bị phân hủy kị
khí cũng như hiếu khí, nước thải được làm sạch. Hình 2.1 mô tả sơ đồ cấu tạo của bể
lọc nhỏ giọt (Lương Đức Phẩm, 2002).
2.2.2. Lọc sinh học với lớp vật liệu ngập nước
Trong quá trình làm việc, quá trình lọc có thể khử BOD và chuyển hóa NH4+
thành NO3-, lớp vật liệu lọc có khả năng giữ lại cặn lơ lửng. Để khử tiếp tục BOD và
NO3-, P người ta thường đặt 2 lọc nối tiếp với nhau.
13


Giàn phân phối khí của lọc sau khi ở giữa lớp vật liệu với độ cao sao cho lớp vật
liệu nằm phía dưới là vùng thiếu khí (anoxic) để khử NO3- và P. Ở lọc này, nước và

không khí cùng chiều đi từ dưới lên và cho hiệu quả xử lý cao.
Lọc sinh học với vật liệu nổi ít bị tróc màng sinh học bám quanh các hạt vật liệu,
mặc dù tốc độ thông gió lớn, hàm lượng cặn lơ lửng có ở trong nước ra khỏi lọc đều
nhỏ hơn 20 mg/l. Do đó, có thể không cần bố trí bể lắng trong hai hệ thống xử lí.

Hình 2.2 Sơ đồ bể lọc sinh học vật liệu nổi ( Lương Đức Phẩm, 2002)
1.Máng phân phối nước thải sau khi qua bể lắng 1 vào các bể, 2.Giàn ống khoan phân phối
nước vào và thu nước vào và thu nước xả rửa, 3.Ống xả nước rửa lọc, 4.Máng thu nước lọc,
5.Ống dẫn nước đã lọc sang bể lọc đợt 2 hoặc vào bể tiếp xúc tiệt trùng, 6.Ống dẫn và dàn
ống phân phối khí, 7.Hộp ngăn nước trở lại máy gió, 8.Ống dẫn gió từ máy nén tới, 9.Hạt vật
liệu lọc Polystyrene đường kính 2 – 5 mm, 10.Lưới chắn inox, 11.Khoảng trống để lớp vật
liệu lọc giản nở khi rửa, 12.Chiều cao lớp nước để rửa lọc thường từ 1,2 – 1,4 m.

Kĩ thuật này được áp dụng cho việc xử lý nước thải sinh hoạt đô thị đồng thời
khử được hợp chất cacbon và nitơ, loại bỏ được chất rắn huyền phù. Đối với nước sạch
sinh hoạt, phương pháp lọc sinh học với vật liệu ngập nước rất thích hợp để nitrat hóa
và khử nitrat. Kĩ thuật này dựa trên hoạy động của quần thể vi sinh vật tập trung ở
màng sinh học có hoạt tính mạnh hơn bùn hoạt tính. Do vậy nó có ưu điểm sau: chiếm
ít diện tích vì không cần bể lắng trong; đơn giản, dễ dàng cho việc bao, che công trình,
khử độc hại (ít mùi và ít ồn), đảm bảo mĩ quan; không cần phải rửa lọc, vì quần thể vi
sinh vật được cố định trên giá đỡ cho phép chống lại sự thay đổi tải lượng của nước
thải; dễ dàng phù hợp với nước thải pha loãng; đưa vào hoạt động nhanh, ngay cả sau
một thời gian dừng làm việc kéo dài hàng tháng. Có cấu trúc modun và dễ dàng tự
động hóa (Lương Đức Phẩm, 2002).
14


Oxy hóa có thể thực hiện bằng cách hòa tan oxy trước oxy của không khí hoặc
oxy kĩ thuật hoặc không khí trực tiếp vào lọc. Khi đó dòng chuyển dịch của hỗn hợp
khí - nước có một ý nghĩa rất quan trọng. Trong thực tế, kĩ thuật này có các bể lọc

nước sạch sinh hoạt với nước chảy xuống , khí đi lên. Quá trình này đưa tới sự dính
kết các bọt khí với nhau và tao nên các túi khí trong khối hạt vật liệu. Hiện tượng này
gây tắc nghẽn khí và kéo theo một số nhược điểm của phương pháp như là: làm tăng
tổn thất tải lượng, giảm lượng nước thu hồi; tổn thất khí cấp cho quá trình, vì phải tăng
lưu lượng khí không chỉ đáp ứng cho nhu cầu của vi sinh vật mà còn cho nhu cầu cơ
thủy lực; phải phun khí mạnh tạo dòng chuyển động xoáy nên làm giảm khả năng giữ
huyền phù của vật liệu lọc (Lương Đức Phẩm, 2002).
2.2.3. Vật liệu lọc
Vật liệu dùng làm giá thể trong xử lý nước thải bằng quá trình lọc sinh học dính
bám khá phong phú từ đá giăm, đá cuội, đá ong, vòng kim loại, vòng gốm, than đá,
than cốc, gỗ mảnh, chất dẻo, tấm uốn lượn và nhiều loại khác.
Các loại đá thường được chọn có kích thước trung bình 60 - 100 mm. Chiều cao
lớp đá chọn khoảng 0,4 - 2,5 - 4 m, trung bình 60 - 100 mm. Nếu kích thước hạt, cục
vật liệu nhỏ sẽ làm giảm độ hở giữa các cục vật liệu, gây tắc nghẽn cục bộ, nếu kích
thước quá lớn thì diện tích tiếp xúc bị giảm nhiều dẫn đến giảm hiệu suất xử lý. Bể với
vật liệu đá giăm thường có dạng hình tròn.
Các thanh gỗ, đặc biệt là loại gỗ đỏ ở Mĩ, và các tấm chất dẻo (plastic) lượn sóng
hoặc gấp nếp được sắp xếp thành những khối bó chặt được gọi là modun vật liệu. Các
modun này được xếp lên giá đỡ, khối lượng toàn bộ của vật liệu giảm đi nhiều và làm
cho chiều cao của lớp lọc tăng lên đáng kể.
Những thập niên gần đây, do kĩ thuật chất dẻo có nhiều tiến bộ, nhựa PVC
(polyvinyl clorit), PP (Polypropylen) được làm thành tấm lượn sóng, gấp nếp dạng cầu
khe hở, vành đan hoa (plasdek), dạng vách ngăn có đặc điểm là rất nhẹ.
Phần lớn các vệt liệu hiện có trên thị trường đều đáp ứng được các yêu cầu như là
diện tích riêng lớn, thay đổi từ 80 – 220 m2/m3; chỉ số chân không cao để tránh lắng
động (thường cao hơn 90%); nhẹ, có thể sử dụng ở độ cao lớn (từ 4 m đến 10 m hoặc
cao hơn); có độ bền cơ học đủ lớn; khi làm việc, vật liệu dính màng sinh học và ngậm
nước nặng tới 300 – 350 kg/m3; quán tính sinh học cao và phải ổn định hóa học.

15