Báo cáo thực hành kỹ thuật xử lý nước thải

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
TP. HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO THỰC HÀNH
KỸ THUẬT XỬ LÝ
NƯỚC THẢI




Giảng viên
: Th.S NGUYỄN TRUNG DŨNG
Nhóm
: V3
Sinh viên thực hiện :
TP. Hồ Chí Minh, 2017

BÀI 1: KHẢO SÁT HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
BẰNG PHƯƠNG PHÁP DÙNG BÙN HOẠT TÍNH


Cơ sở lý thuyết
Nguyên tắc của phương pháp hiếu khí

1.
1.1.

Nguyên tắc
Các phương pháp hiếu khí dựa trên nguyên tác là các vi sinh vật hiếu khí
phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện có oxy hòa tan:

a)

Chất hữu cơ + O2→ H2O + CO2 + NH3 +…..
Ở điều kiện hiếu khí (hàm lượng oxy hòa tan tối thiểu 1.5 – 2.0 mg/l), NH 4+
cũng bị loại nhờ quá trình nitrat hóa của vi sinh vật tự dưỡng.
NH4+ + 2O2→ NO3- + 2H+ +

H2O + Năng lượng

b)

Cơ chế của quá trình phân hủy các chất trong tế bào
Cơ chê của quá trình phân hủy các chất trong tế bào có thể tóm tắt như sau:

-

Các chất hữu cơ đầu tiên bị oxy hóa là hydrat cacbon và một số các chất hữu
cơ khác. Men của vi sinh vật sẽ tách hydro khỏi móc xích và đem phối hợp
với oxy không khí để tạo thành nước. Nhờ có hydro khỏi móc xích và oxy
trong nước, các phản ứng oxy hóa khử giữa các nguyên tử cacbon mới diễn
ra được.
Đường, rượu và các axit hữu cơ và các axit hữu cơ khác là các sản phẩm đặc
trưng nhất của quá trình oxy hóa bởi vi sinh vật hiếu khí. Các chất đó khi
phân hủy hoàn toàn sẽ tạo thành CO2 và H2O.
Thực ra không phải tất cả các chất đã bị giử lại ở tế bào khuẩn (chỉ một
phần) bị oxy hóa hoàn toàn thành CO2 và H2O. Phần còn lại sẽ bị đồng hóa
và được sử dụng để tổng hợp các chất mới của tế bào,tức là để sinh khối của
vi sinh vật tăng lên.

-

-

c)

Sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật

-

Sự sinh trưởng của vi sinh vật là sự tăng sinh khối của nó do hấp thụ, đồng
hóa các chất dinh dưỡng. Theo nghĩa rộng, sinh trưởng hay sự tăng sing khối
là tăng trọng lượng, kích thước hoặc số lượng tế bào.
Như vậy, hiệu quả dinh dưỡng( cũng đồng thời là sự giảm BOD) là quá trình
tổng hợp các bộ phận của cơ thể - tế bào và s tăng sinh khối- sức sinh
trưởng. Các quá trình diễn ra không đồng đều theo thời gian và không gian
trong tế bào vi sinh vật.

-


d)
-

Sự chuyển hóa các chất hữu cơ (hay giảm BOD)
Thường tốc độ chuyển hóa rất nhanh trong 10-15 phút đầu. Trong thời gian
này lượng chất hữu cơ có thể chuyển hóa bởi 1 gr bùn được biểu thị bằng
phương trình sau:
dL/dS=KiL
Sau khi tích phân ta được :
Lri/Li=1-eKiS

Trong đó :

-

Ki : hằng số tốc độ chuyển hóa ban đầu, 1/thời gian
S : lượng bùn hoạt tính ban đầu
Lri : lượng chất hữu cơ (BOD) đã chuyển hóa trong thời gian đó
Li : lượng chất hữu cơ của nước thải

e)

Các điều kiện, yêu cầu và các yếu tố môi trường ành hưởng đến quá trình
xử lý.
Điều kiện đầu tiên là phải đảm bảo cung cấp lượng oxy một cách liên tục và
sao cho lượng oxy hòa tan trong nước ra khỏi bể lắng đợt 2 không nhỏ hơn
2mg/l
Nồng độ cho phép các chất bẩn hửu cơ: có nhiều chất bẩn trong nước thải
sản xuất ở một mức độ nhất định nào đó sẽ phá hủy chế độ hoạt động – sống
bình thường của vi sinh vật. Các chất độc hại đó thường có tác dụng làm hủy
hại thành phần cấu tạo của tế bào.
Lượng các nguyên tố dinh dưỡng cần thiết để các quá trình sinh hóa diễn ra
bình thường cần nằm trong giới hạn cho phép (các hợp chất chứa nit,
photpho)
BODtf : N:P = 100:5:1
Nồng độ giới hạn cho phép của các chất độc phải nằm trong giới hạn cho
phép nhất là các muối của kim loại nặng.
Giá trị pH ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo men trong tế bào và quá trình
hấp thụ các chất dinh dưỡng trong tế bào. Đối với đa số vi sinh vật khoảng
giá trị pH tối ưu là 6.5 – 8.5.
Nồng độ của muối vô cơ trong nước thải không vượt quá 10g/l

Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo men trong tế bào và
quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng vào tế bào.

-

-

-

-

-


Nhiệt độ ảnh hưởng rất lớn đến chức năng hoạt động của vi sinh vật. Đối với
đa số vi sinh vật , nhiệt độ nước thải trong các công trình xử lý nằm trong
khoảng 6-370C
f) Cấu trúc của các chất bẩn và bùn hoạt tính
Khi nghiên cứu khả năng oxy hóa sinh hóa của các chất hữu cơ có cấu trúc
khác nhau, nhiều tác giả đã đi đến kết luận:
-

Những hợp chất với những trọng lượng phân tử lớn, cấu trúc nhiều mạch
nhánh bên là những chất không bị oxy hóa sinh hóa.
- Các chất không bị oxy hóa sinh hóa là những chất mà men (enzym) của vi
sinh vật rất khó thâm nhập và cũng là chất khó thẩm thấu khuếch tán qua
màng tế bào.
- Đối với những chất có nguyên tử cacbon ở trung tâm , dù chỉ còn một liên
kết H-C thì mức độ ảnh hưởng của cấu trúc nhánh phân tử đối với quá trình
oxy hóa sinh hóa sẽ giảm đi.

- Trong liên kết H-C nếu thay nguyên tử hydro bằng các nhóm ankyl hoặc aryl
thì sẽ khó bị oxy hóa sinh hóa đơn.
g) Những đặc tính của vi sinh vật
- Bùn hoạt tính là bông màu vàng nâu, dễ lắng, có kích thước từ 3-150
micromet. Những bông bùn có các vi sinh vật sống và chất rắn (40%).
Những vi sinh vật sống là vi sinh vật (vi khuẩn), động vật hạ đẳng, dòi giun,
nấm men, nấm móc và các vi sinh vật khác.
- Các loài vi sinh lại được phân chia thành các nhóm – sắp xép theo chế độ
hấp thụ các chất dinh dưỡng trong nước thải.
h) Quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính với vật liệu tiếp xúc
- Quá trình xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính bao gồm 3 giai đoạn:
+) Giai đoạn khuếch tán và chuyển chất từ dịch thể (nước thải) tới bề mặt
các tế bào vi sinh vật.
-

+) Hấp phụ: khuếch tán và hấp phụ các chất bẩn từ bề mặt các tế bào qua
màng bán thấm.
+) Quá trình chuyển hóa các chất đã được khuếch tán và hấp phụ ở trong tế
bào vi sinh vật sinh ra năng lượng và tổng hợp các chất mới của tế bào.
2.

CÁC BƯỚC LÀM THÍ NGHIỆM BÙN HOẠT TÍNH

Bước 1: Xác định pH
Bước 2: Xác định SS. Các tải trọng 24h, 12h, 6h, 4h, 2h. Chạy động không làm tải
trọng 2h.


-

Giấy lọc đem sấy 30 phút ở 1050C, hút ẩm 15 phút, sau đó cân, xác định m0
Lấy 10ml nước thải đang sục khí đem lọc qua giấy lọc (m0).
Mỗi mẫu làm 3 mẫu giấy lọc.
Đem đi sấy khô ở 1050C, trong 30 phút rồi đem hút ẩm trong 15 phút. Sau
đó đem cân, xác định m1.
SS= (m1-m0).105 (g/10ml –mg/l)

Bước 3: Xác định COD. Các tải trọng 24h, 12h, 6h, 4h, 2h. Chạy động không làm
tải trọng 2h.
-

-

Lọc mẫu trước khi tiến hành đo COD.
Lấy 2,5ml mẫu + 1,5ml K2Cr2O7 + 3,5ml H2SO4 Reagent vào ống nghiệm,
đậy nút, lắc kỹ (cẩn thận vì phản ứng phát nhiệt). (Làm mẫu rỗng với nước
cất). Mỗi mẫu làm ba ống COD.
Đem các ống nghiệm đi gia nhiệt ở 1500C trong 2 giờ.
Để nguội, thêm 2 giọt Feroin, tráng ống COD bằng một ít nước cất và định
phân bằng FAS 0,1M. Kết thúc khi mẫu chuyển từ xanh lục sang nâu đỏ.
COD(mg/l)=[(A-B)*N*8000]/2,5
A: Thể tích FAS dùng trong mấu rỗng
B: Thể tích FAS dùng trong mấu thật
N: Nồng độ dùng cho FAS

3. Kết quả thí nghiệm
•

Quá trình chạy tĩnh



Tải trọng 24h:

Thời
gian
Ngày (giờ)
1
24
2

24

3

24

4

24

5
6

24
24

Tải
trọng COD vào
3

(kgCOD/m .ngđ
)
(mg/l)
0,10
101,6
0,10
101,6
0,10
101,6
0,10
101,6
0,10
101,6
0,10
101,6

COD
ra
(mg/l)
101,6
74,88

Hiệu suất
%
MLSS
0
538,75
26,30
133,3

64

37,01

280

64

37,01

2000

41,6

59,05

2000

28,8

71,65

90




Tải trọng 12h:

Ngà

y

Thời
gian
(giờ)
8

1

16

0,5

8
2

16

16

16

16

0,5
0,5

8
6

0,5
0,5

8
5

0,5
0,5

8
4

0,5
0,5

8
3

Tải
trọng
3
(kgCOD/m .ngđ
)
0,5
0,5

16

0,5

COD
vào
(mg/l)
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250
250

COD
ra
(mg/l)
250
183,2

Hiệu
suất
%
0
26,72

MLSS
126,7

11,5

167,2

33,12

433,3

144,8

42,08

510

112

55,2

330

93,76

62,50

1630

89,28

64,29

1733

60

76

1500

51,84

79,26

4500

51,52

79,39

866

41,6

83,36

3700

25,6

89,76

3200

Tải trọng 6h:

Ngày
1

Thời
gian
(giờ)
8
14

Tải
trọng
3
(kgCOD/m .ngđ
)
0,96
0,96

COD
vào
(mg/l)
240,64
240,64

COD
ra
(mg/l)

240,64
230

Hiệu
suất
%
0
4,42

MLSS
95
18


8
2

14
8

3

14
8

4

14
8

5

14
8

6

14



Ngày

Thời
gian
(giờ)
8

16
8
12

2

16
8
12

3

240,64

193

19,80

131

0,96

240,64

166,4

30,85

173,7

0,96

240,64

133,44

44,55

1833

0,92

240,64

85,3

64,56

1750

0,96

240,64

80

66,76

2600

0,96

240,64

64

73,40

2000

0,96

240,64

48,94

79,66

1400

0,96

240,64

42,7

82,26

4100

0,96

240,64

35,2

85,37

1300

0,96

240,64

35,2

85,37

1300

Tải
trọng
3
(kgCOD/m .ngđ
)
1,92
1,92

COD
vào
(mg/l)
320
320

COD
ra
(mg/l)
320
320

Hiệu
suất

%
0
0

MLSS
28
11,5

1,92

320

234,7

26,66

2

1,92

320

83,2

74

426,7

1,92

320

83,2

74

200

1,92

320

80

75

310,7

1,92

320

80

75

1867

1,92

320

80

75

3200

1,92

320

80

75

3200

Tải trọng 4h:

12
1

0,96

16


8
12

4

16
8
12

5

16
8
12

6

16



Thời
gian
(giờ)
4
6
12

1,92

320

70,72

77,9

2400

1,92

320

70,72

77,9

1400

1,92

320

69,3

78,34

1000

1,92

320

54,4

83

699

1,92

320

42,7

86,66

1266

1,92

320

41,6

87

3900

1,92

320

41,6

87

4500

1,92

320

41,28

87,10

3900

1,92

320

15

95,31

4500

Bảng số liệu mô hình tĩnh với thời gian lưu nước tăng dần:
Tải
trọng COD
3
(kgCOD/m .ngđ vào

)
(mg/l)
320
1,92
0,96
240,64

COD ra

35,2

95,31
85,37

0,5

25,6

89,76

3200

28,8

71,65

90

250

0,10

24

•


Ngày

101,6

(mg/l)
15

Hiệu
%

suất MLS
S
4500
1300

Quá trình chạy động
Tải trọng 24h:
Thời
gian

Tải
trọng COD
3

(kgCOD/m .ngđ vào

COD
ra

Hiệu
suất

MLSS


(giờ)

)

1

24

2

24

3

24

4

24

5

24

6

24



Ngày
1

Thời
gian
(giờ)
8
16

16
8

3

16
8

4

16
8

5

16
8

6

(mg/l)
96

%
0

510,25

0,096

96

117

21,88

466,67

0,096

96

117

21,88

590

0,096

96

104

8,33

2200

0,096

96

103,68

8

3610

0,096

96

102

6,25

340

Tải
trọng
3
(kgCOD/m .ngđ
)
0,52
0,52

COD
vào
(mg/l)
260
260

COD
ra
(mg/l)
260
195,2

Hiệu
suất

%
0
24,92

MLSS
607,95
6,5

0,52

260

176

32,31

433,3

0,52

260

148

43,08

400

0,52

260

126,88

51,20

830

0,52

260

121,6

53,23

1910

0,52

260

109,12

58,03

1866,6

0,52

260

92,8

64,31

1700

0,52

260

66,54

74,41

4900

0,52

260

34,56

86,71

1238

0,52

260

33,28

87,20

1766

0,52

260

15,04

94,22

1900

Tải trọng 12h:

8
2

0,096

(mg/l)
96

16



Ngày
1

Tải trọng 6h:
Thời
gian
(giờ)
8
14
8

2

14
8

3

14
8

4

14
8

5

14
8

6

14


Ngày

COD
vào
(mg/l)
261,12
261,12

COD
ra
(mg/l)
261,12
192

Hiệu
suất
%
0
26,47

MLSS

47
14

1,04

261,12

160

38,73

445,7

1,04

261,12

152

41,79

222

1,04

261,12

138,56

46,94

2033

1,04

261,12

138,56

46,94

1950

1,04

261,12

124,8

52,21

2300

1,04

261,12

106,7

59,14

2167

1,04

261,12

106

59,41

2200

1,04

261,12

99,36

61,95

2200

1,04

261,12

80

69,36

2200

1,04

261,12

16

93,87

2200

Tải
trọng
3
(kgCOD/m .ngđ
)
3,40
3,40

COD
vào
(mg/l)
567
567

COD
ra
(mg/l)

567
567

Hiệu
suất
%
0
0

MLSS
9,5
13

3,40

567

117,3

79,31

2

3,40

567

117

79,37

460

3,40

567

99,84

82,39

166,7

Tải trọng 4h:
Thời
gian
(giờ)
8
12

1
2

Tải
trọng
3
(kgCOD/m .ngđ
)
1,04
1,04

16
8
12


16
8
12
3

16
8
12

4

16
8
12

5

16
8
12

6

16

3,40

567

99,84

82,39

140,3

3,40

567

83,2

85,33

1767

3,40

567

83,2

85,33

2367

3,40

567

83,2

85,33

2367

3,40

567

74,7

86,83

3100

3,40

567

70,72

87,53

1300

3,40

567

70,72

87,53

900

3,40

567

64

88,71

1933

3,40

567

64

88,71

3300

3,40

567

64

88,71

6700

3,40

567

48

91,53

5670

3,40

567

46,56

91,79

6700

3,40

567

6

98,94

5670

BÀI 2: KHẢO SÁT HIỆU QUẢ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
BẰNG QUÁ TRÌNH LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ
1.

2.

Mục đích
- Tìm hiểu về quá trình lọc sinh học hiếu khí, khả năng áp dụng cũng như
cách thức vận hành trong xử lí nước thải.
- Nghiên cứu xác định hiệu quả xử lí của mô hình sinh học hiếu khí tại các
tải trọng khác nhau, từ đó, xác định tải trọng tối ưu của quá trình
- Xác định các thông số động học của quá trình.
Cơ sở lí thuyết


Như tất cả các mô hình xử lí nước thải áp dụng Công nghệ sinh học hiếu khí,
Lọc sinh học làm sạch nước thải nhờ các vi sinh hiếu khí ( Aerobic- Microbiology)
phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện có oxy hòa tan. Song song đó, nhờ lượng
oxygen hòa tan tồn tại trong quá trình xử lý được cng cấp từ hệ thống phân phối

khí NH4+ cũng được loại bỏ nhờ quá trình nitrat hóa của vi sinh tự dưỡng. Do vậy,
về mặt cơ bản là tương đồng với các phương pháp xử lí hiếu khí khác. Nhưng,
cũng có một số đặc trưng riêng mà sinh viên cần phải quan tâm như sau:
2.1.
Định nghĩa quá trình lọc sinh học
Là quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sử dụng các vi sinh
vật không di động và dính bám trên bề mặt các vật liệu rắng để tiếp xúc thường
xuyên hay di động đối với nước thải. Ở một cơ sở lí luận khác, lọc sinh học được
xem là hoạt động dựa vào “ phương pháp vận chuyển kết gần” để làm sạch nước
thải, mà ở đó lớp màng sinh vật đóng vai trò chủ yếu.
2.2.
Phân loại
Dựa vào nguyên tắc hoạt động , quá trình lọc sinh học chia làm 3 loại:
Lọc sinh học ngập nước ( submerged filter ): vật liệu lọc ngập chìm trong
nước. Được chia thành nhiều loại dựa trên các hoạt động của giá thể: nên cố
định (fixed bed), nền mở rộng ( expanded bed) và nền giá lỏng ( fluidized
bed).
Thiết bị sinh học tiếp xúc quay ( Rotating Contactor): Đĩa quay sinh học sử
dụng một lượng lớn các đĩa quay một phần hay toàn phần trong nước. Nước
thải được làm sạch bằng hệ thống màng lọc chính là vi sinh vật tạo thành
xung quanh bề mặt đĩa quay mà các RBC là một ví dụ cho trường hợp này.
Thiết bị lọc nhỏ giọt ( trickling filter): nước được chảy từ trên xuống qua
toàn vật liệu lọc. Lọc sinh học nhỏ giọt gồm một bể tròn hat chữ nhât có
chứa vật liệu lọc ( đa, ống nhựa, nhựa miếng ). Nước thải được tưới liên tục
hay gián đoạn từ một ống phân phối thích hợp đặt bên trên bể. Khi nước thải
tiếp xúc với lớp màng vi sinh trên bề mặt giá thể cũng là lúc chất hữu cơ
được tiêu thụ. Và như thế nước thải được làm sạch.
2.3.
Cấu tạo và hoạt động cảu màng sinh vật
2.3.1. Cấu tạo màng sinh vật:

Màng sinh vật bao gồm một tổ hợp vi sinh vật và một số dạng vật chất liên
kết trong ma trận cấu tạo bởi các polymer ngoại bào ( gelatin) do v sinh vật (
gồm các vi khuẩn và protozoa ) tiết ra trong quá trình Trao đổi chất và phân
hủy tế bào. Thành phân chủ yếu của polymer ngoại bào là polysaccharide và
protein.
Màng vi sinh vật có cấu trsc phức tạp về vật lý và vi sinh . Cấu trúc cơ bản
của một màng vi sinh vật bao gồm :
• Vật liệu đệm ( đá, sỏi, chất dẻo, than…với nhiều loại kích thước và
hình dạng khác nhau) có bề mặt rắn làm môi trường dính bám cho vi


sinh vật. Lớp màng vi sinh vật phát triển dính bám trên bề mặt vật liệu
đệm. Lớp màng vi sinh vật được chia thành hai lớp: lớp màng nền và
lớp màng bề mặt.
• Hầu hết các mo hình tính toán và hệ thống màng vi sinh vật không
quan tâm đúng tới vai trò của lớp màng bề mặt, và hư cấu như chỉ chú
ý tới lớp màng nền.
• Nhờ sự phát triển của các công cụ mới nhằm nghiên cứu màng vi sinh,
những hình ảnh mới về cấu trúc nội tại của lớp màng nền dần dần
được đưa ra. Phát hiện mới cho thấy màng vi sinh vật là một cấu trúc
không đồng nhất bao gồn những cụm tế bào rời rạc bám dính với nhau
trên bề mặt đệm, bên trong ma trận polymer ngoại bào, tồn tại những
khoảng trống giữa những cụm tế bào theo chiều ngang và chiều đứng.
Những khoảng trống này đóng vai trò như những lỗ rổng theo chiều
đứng và như những kênh vận chuyển theo chiều ngang. Kết quả là sự
phân bố sinh khối trong màng vi sinh vật không đồng nhất. Và quan
trọng hơn là sự vận chuyển cơ chất từ chất lỏng ngoài vào màng và
giữa các vùng bên trong màng không bị chi phối bởi sự khuếch tán.
Nhờ 2 quá trình đó, vật chất được đem tới “ cụm sinh khối vi sinh vật”
và quá trình khuếch tán có thể xảy ra theo mọi hướng trong đó. Do đó,

hệ số khuếch tán hiệu quả mô tả quá trình vận chuyển cơ chất, chất
nhận điện tử ( chất oxi hóa )… giữa pha lỏng và màng vi sinh vật thay
đổi theo chiều sâu của màng, và quan điểm cho rằng chỉ tồn tại một hệ
số khuếch tán hiệu quả là không hợp lý.
• Phân tích theo chủng loại vi sinhh vật, lớp màng vi sinh vật còn có thể
chia làm 2 lớp ( chỉ đúng trong trường hợp màng vi sinh hiếu khí):
Lớp màng kỵ khí bên trong và lớp màng hiếu khí bên ngoài. Trong
màng vi sinh luôn tồn tại đồng thời vi sinh vật hiếu khí và vi sinh vật
kỵ khí. Vì chiều sâu của lớp màng lớn hơn nhiều so với kích thước vi
sinh vật, oxy hào tan trong nước chỉ khuếch tán lại gần bề mặt màng
làm cho màng phía ngoài trở thành lớp hiếu khí, bên trong hầu như
không tiếp xúc được với oxy nên trở thành lớp màng kỵ khí
2.3.2. Quá trình tiêu thụ cơ chất và làm sạch nước thải:
- Lớp màng vi sinh vật phát triển trên bề mặt đệm tiêu thụ cơ chất như chất hữu
cơ , oxy, nguyên tố vết ( các chất vi lượng)… cần thiết cho hoạt động của vi
sinh vật từ nước thải tiếp xúc với màng.
- Quá trình tiêu thụ cơ chất diễn ra như sau:
• Đầu tiên, cơ chất từ chất lỏng tiếp xúc với bề mặt màng và tiếp đó chuyển
vận vào màng vi sinh theo cơ cấu khuếch tán phân tử.
• Trong màng vi sinh vật diễn ra trong quá trình tiêu thụ cơ chất và quá trình
tiêu thụ cơ chất của vi sinh vật trong màng. Đối với những dạng cơ chất ở


thể rắn, lơ lửng, hoặc có phân tử khối lớn chúng sẽ bị phân hủy thành những
phân tử có kích thước nhỏ hơn tại bề mặt màng và sau đó mới tiếp tục vận
chuyển vào bên trong màng vi sinh vật. Sản phẩm cuối của quá trình trao
đổi được vận chuyển ra khỏi màng vào trong chất lỏng. Quá trinh tiêu thụ
cơ chất được mô tả theo công thức như sau:
Màng hiếu khí:
Chất hữu cơ + O2 + nguyên tố vết sinh khối vi sinh + sản phẩm cuối

Màng kỵ khí:
Chất hữu cơ + nguyên tố vết
sinh khối của vi khuẩn + sản phẩm cuối
• Khi bất kỳ một thành phần nào cần thiết cho vi sinh vật bị thiếu, những phản
ứng sinh hóa sẽ xảy ra không đồng đều. Nếu như một trong những cơ chất bị
hết ở một chiều sâu nào đấy của màng vi sinh vật, thì tại đó những phản ứng
sinh học sẽ không xảy ra, cơ chất đó được gọi là cơ chất giới hạn của quá
trình ( limited- subtract), đồng thời chiều sâu hiệu quả của màng cũng dược
xác định từ vị trí đó.
• Các nguyên tố vết như nitrogen, phosphat, và ki loại vi lượng nếu không có
đủ trong nước thải theo tỷ lệ cảu phản ứng sinh học thì sẽ trở thành yếu tố
giới hạn cảu phản ứng. Tương tự chất hữu cơ hoặc oxy cũng có thể tạo thành
yếu tố giới hạn trong màng kỵ khí. Thông thường, nếu nồng độ oxy hòa tan
trong nước thải tiếp xúc với màng thấp hơn nồng độ chất hữu cơ, oxy hòa
tan lúc này sẽ trở thành yếu tố giới hạn. Do đó, ngay trong trường hợp màn
hiếu khí, khu vực nào bị thiếu oxy sẽ trở thành khu vực màng thiếu ( anoxic)
hoặc khu vực kỵ khí ( anaerobic) . Lớp màng kỵ khí khống đóng vai trò trực
tiếp trong quá trình làm sạch nước thải. Tuy nhiên trong lớp màng kỵ khí có
thể diễn ra các quá trình hóa lỏng, lên men acid chất hữu cơ dạng hạt rắn,
oxy hóa chất hữu cơ và hình thành sulfide bởi sự khử sulfate hoặc khử
nitrate , nitrie tạo ra lớp màng hiếu khí. Vì vậy, sự tồn tại đồng thời hoạt
động của hai lớp màng trên một yếu tố quan trọng trong quá trình màng vi
sinh vật.
2.3.3.
-

-

Quá trình sinh trưởng, phát triển và suy thoái của màng vi sinh vật:
Quá trình vi sinh vật phát triển dính bám trên bề mặt đệm chia thành 3

giai đoạn :
Giai đoạn thứ nhất: có dạng logarithm, khi màng vi sinh vật mỏng và
chưa bao phủ hết bề mặt rắn. Trong trường hợp này, tất cả các vi sinh vật
phát triển như nhau, cùng điều kiện, sự phát triển giống như quá trình
sinh vật lơ lửng.
Giai đoạn thứ hai: độ dày màng trở nên lớn hơn độ dà hiệu quả. Trong
giai đoạn này, tốc độ phát triển là hằng số, bởi vì độ dày lớp màng hiệu


quả không thay đổi bất chấp sự thay đổi của toàn bộ lớp màng. Tổng số
vi sinh vật đang phát triển cũng không thay đổi trong suốt quá trình.
Lượng tiêu thụ cơ chất chỉ dùng để duy trì sự trao đổi chất của vi sinh,
không nhằm vào mục đích tăng sinh khối. Lưu ý: lượng cơ chất đưa vào
quá trình phải đủ cho quá trình trao đổi chất, nếu không sẽ có sự giảm
sinh khối và lớp màng sẽ mỏng dần nhằm đạt tới cân bằng mới giữa cơ
chất và sinh khối.
- Giai đoạn thứ ba: bề dày lớp màng trở nên khá ổn định. Khi đó tốc độ
phát triển màng cân bằng với tốc độ để suy giảm bởi sự phân hủy nội
bào, phân hủy theo dây chuyền thực phẩm, hoặc bị rửa trôi theo lực cắt
của dòng chảy.
3. Các bước thực hành bùn bám dính
Bước 1: Xác định pH
Bước 2: Xác định SS ở cả 3 mức. Các tải trọng 24h, 12h, 6h, 4h, 2h.
-

Giấy lọc đem sấy 30 phút ở 1050C, hút ẩm 15 phút, sau đó cân, xác định m0
Lấy 10ml nước thải đang sục khí đem lọc qua giấy lọc (m0).
Mỗi mẫu làm 3 mẫu giấy lọc.
Đem đi sấy khô ở 1050C, trong 30 phút rồi đem hút ẩm trong 15 phút. Sau
đó đem cân, xác định m1.

SS= (m1-m0).105 (g/10ml –mg/l)

Bước 3: Xác định COD ở 3 mức. Các tải trọng 24h, 12h, 6h, 4h, 2h.
-

-

Lọc mẫu trước khi tiến hành đo COD.
Lấy 2,5ml mẫu + 1,5ml K2Cr2O7 + 3,5ml H2SO4 Reagent vào ống nghiệm,
đậy nút, lắc kỹ (cẩn thận vì phản ứng phát nhiệt). (Làm mẫu rỗng với nước
cất). Mỗi mẫu làm ba ống COD.
Đem các ống nghiệm đi gia nhiệt ở 1500C trong 2 giờ.
Để nguội, thêm 2 giọt Feroin, tráng ống COD bằng một ít nước cất và định
phân bằng FAS 0,1M. Kết thúc khi mẫu chuyển từ xanh lục sang nâu đỏ.
COD(mg/l)=[(A-B)*N*8000]/2,5
A: Thể tích FAS dùng trong mấu rỗng
B: Thể tích FAS dùng trong mấu thật
N: Nồng độ dùng cho FAS
Kết quả
Tải trọng 24h:

4.
5.


Ngà
y

Thời Tải
gian trọng

CO
D
vào

1

24

1.152

1152

2

24

1.152

1152 960

3

24

1.152

1152 520

4

24

1.152

1152 480

5

24

1.152

1152 472

6

24

1.152

1152 384

6.

Ngà
y
1

COD ra

Hiệu suất

MLSS

M1

M2 M3 M1

M2

M3

M1

M2

M3

115
2

94
5
83
0
48
0
47
2

45
0
35
0

17.9
7
27.9
5
58.3
3
59.0
3
60.9
4
69.6
2

62.2
4
62.2
4
63.1
1
63.9
8
64.8
4
72.2
2

204
1
180
0
203
0
180
0
205
0
223
0

190
0
163
5
193
5
170
0
183
5
190
0

185
0
150

0
180
0
163
3
154
0
144
0

43
5
43
5
42
5
41
5
40
5
32
0

0
16.
7
54.
9
58.
3

59
66.
7

Tải trọng 12h:
Thời Tải
gian trọng

CO
D
vào

COD ra

8

0.64

320

320 301 278 0

16

0.64

320

235 149 203 26.

M1

M2

Hiệu suất
M3

M1

MLSS

M2

M3

M1

M2

M3

5.93
8
53.3

13.1
3
36.6

358

0
210

226
7
194

266
7
213


7

0
193
3
190
0
190
0
186
7
186
7
173
3
148
7
146

4

0.64

320

128 135 182 60

16

0.64

320

107 107 139

8

0.64

320

96

106 128 70

67

60

16

0.64

320

74.
6

86.
4

117

73

63.3

8

0.64

320

73

75

96

76.5
6

70

16

0.64

320

64

76.7

73.3

0.64

320

64

80

77

76.6
9

16

0.64

320

83

77

8

0.64

320

85.
4
74.
6
73.
6
73.
6

80

8

83.3

77

953

16

0.64

320

74.
6
73.
6
54.
4
53.
4
42.
6

86.6
9

90

800

3

4

5

6

Ngà
y

9
43.1
3
56.5
6

8
2

7.

4
57.8
1
66.5
6

42.
6
42.

6
32

32

66.
7
76.
7
77.
2

86.
7
86.
7
90

7
213
3
198
7
226
7
186
7
260
0
280

0
560
3
148
0
116
7
134
3

Tải trọng 6h:

Thời Tải
gian trọng

CO
D
vào

8

4.608

1152

14

4.608

1152 960

1

COD ra

Hiệu suất

MLSS

M1

M2 M3 M1

M2

M3

M1

M2

M3

115
2

94
5
83
0

17.9
7
27.9
5

44.4
4
53.1
3

204
1
180
0

190
0
163
5

185
0
150
0

64
0
54
0

0
16.
7

3
293
3
219
3
286
7
213
3
370
0
480
0
359
6
241
7
146
7
860


8

4.608

1152 840

14

4.608

1152 800

8

4.608

1152 690

14

4.608

1152 640

8

4.608

1152 520

14

4.608

1152 480

8

4.608

1152 480

14

4.608

1152 472

8

4.608

1152 384

14

4.608

1152 384

2

3

4

5

6

8.

Ngà
y
1

72
0
64
0
48
0
48
0
47
2
45
0
35
0
32
0
32

0
32
0

43
5
43
5
42
5
41
5
40
5
32
0
23
0
16
0
16
0
16
0

27.
1
30.
6
40.

1
44.
4
54.
9
58.
3
58.
3
59
66.
7
66.
7

37.5
44.4
4
58.3
3
58.3
3
59.0
3
60.9
4
69.6
2
72.2
2

72.2
2
72.2
2

62.2
4
62.2
4
63.1
1
63.9
8
64.8
4
72.2
2
80.0
3
86.1
1
86.1
1
86.1
1

203
0
180
0

205
0
223
0
162
0
481
0
150
0
170
0
104
0
104
0

193
5
170
0
183
5
190
0
150
0
189
0
117

0
150
0

180
0
163
3
154
0
144
0
139
0
162
0
102
0
130
0

840

800

840

800

Tải trọng 4h:

Thời Tải
gian trọng

CO
D
vào

COD ra

8

4.8

800

800 640

12

4.8

800

M1

M2

Hiệu suất
M3 M1

64
0
640 480 48

MLSS

M2

M3

0

20

20

20

40

40

M1

M2

M3

350
0

205

625
0
260

450
0
300


2

3

4

5

6

9.

16

4.8

800

480 480

8

4.8

800

430 480

12

4.8

800

430 432

16

4.8

800

384 350

8

4.8

800

320 338

12

4.8

800

268 234

16

4.8

800

250 182

8

4.8

800

186 150

12

4.8

800

176 150

16

4.8

800

165 150

8

4.8

800

160 128

12

4.8

800

138 125

16

4.8

800

128 108

8

4.8

800

100 96

12

4.8

800

16

4.8

800

Tải trọng 2h:

86.

4
41.
6

86.
4
50.
4

0
44
8
32
0
32
0
32
0
30
7
19
8
19
6
18
1
17
6
17
0

17
0
15
0
14
1
10
8
10
0
92

40
46.
3
46.
3
52
60
66.
5
68.
8
76.
8

40

44

40

60

46

60

56.2
5
57.7
5
70.7
5

60
61.6
3
75.2

0
160
0
290
0
200
0
106
6
180

0
170
0

0
220
0
170
0
113
3
110
0

0
180
0
250
0
230
0

800

500

157
0

170

0

700

77.2

75.5

790

700

430

81.2

77.3
8

78

81.2

78

79.
4

81.2
5

78.8

230
0
110
0
110
0

110
0
140
0
140
0

80

84

78.8

833

334

82.
8

84.3
8

81.2

86.5

82.3
8

88

86.5

89.2

87.5

93.7

88.5

223
3
100
0
123
3
108
8

113
3

183
3

84

160
0
130
0
130
0
100
0
143
0
126
6
103
2
126
8
106
6

87.
5
89.

2
94.
8

866
126
6
869
230
0


Ngà
y

Thời Tải
gian trọng

CO
D
vào

COD ra

8

2.76

230

230 207 217 0

10

2.76

230

230 207 217 0

12

2.76

230

201 192 214

14

2.76

230

8

2.76

230

10

2.76

230

12

2.76

230

14

2.76

230

8

2.76

230

10

2.76

230

12

2.76

230

14

2.76

230

8

2.76

230

10

2.76

230

12

2.76

230

14

2.76

230

8

2.76

230

10

2.76

230

1

2

3

4

5

M1

M2

Hiệu suất
M3

M1

12.
6
12.
201 192 214
6
53.
107 118 118
7
53.
107 118 118
7
89. 58.
96 118
6
3
89. 58.
96 118
6
3
86. 58.
96 118
4
3

86.
86. 62.
118
4
4
4
86.
86. 62.
118
4
4
4
76. 72.
64 118
8
2
76. 72.
64 96
8
2
54.
76. 76.
96
4
8
3
54.
42. 76.
64
4

6
3
54.
42. 76.
64
4
6
3
53. 21. 37. 76.
4
4
4
8
53. 21. 37. 76.
4
4
4
8

MLSS

M2

M3

M1

M2

M3

10.1
7
10.1
7
16.5
2
16.5
2
48.5
2
48.5
2
48.5
2
48.5
2
48.5
2
48.5
2
48.5
2
48.5
2
58.2
6
58.2
6
72.1

7
72.1
7
90.6
8
90.6
8

5.65
2
5.65
2
6.78
3
6.78
3
48.5
2
48.5
2
61.0
4
61.0
4
62.4
3
62.4
3
62.4
3

66.6
1
66.6
1
66.6
1

110
0

733

667

800

867

233

467

100
0

107
0
287
0
277

0
277
0

160
0
100
0
220
0
200
0
134
0
177
0
420
0
297
0
297
0

333

433

466

200

300

850

81.5

600

750

800

81.5

566

935

110
0

83.7
2
83.7
2

110
0
800

733

667

867

180
0

700
240
0
180
0
600

180
0
100
0
136
6
800
248
0
170
0
122
0

207
0
393
0
253
0
253
0


37.
4
37.
4

12

2.76

230

14

2.76

230

8

2.76

230

16

10

2.76

230

16

12

2.76

230

14

2.76

230

6

2.4
4
2.4

4

21.
4
21.
4
21.
4
21.
4
5.4
4
5.4
4

32
32
26.
6
26.
6
25.
6
25.
6

83.
7
83.
7

93
93
98.
9
98.
9

90.6
8
90.6
8
90.6
8
90.6
8
97.6
3
97.6
3

86.0
9
86.0
9
88.4
5
88.4
5
88.8
7

88.8
7

Bài 3: THÍ NGHIỆM JARTEST

233

467

100
0

160
0
100
0
220
0
200
0
134
0

700
240
0
180
0
600

100
0
136
6
800
248
0
170
0
122
0


Mục đích
 Xác định giá trị pH tối ưu của quá trình keo tụ tạo bông.
 Xác định liều lượng phèn tối ưu của quá trình keo tụ tạo bông.
o Cơ sở lý thuyết
Xử lý bắng phương pháp keo tụ là cho vào nước một loại hoá chất là chất keo tụ có
thể đủ làm cho các hạt rất nhỏ biến thành những hạt lớn lắng xuống. Thông thường
quá trình tạo bông xảy ra theo 2 giai đoạn sau:
o

Bản thân chất keo tụ phát sinh thủy phân, quá trình hình thành dung dịch keo
và ngưng tụ.
 Trung hoà hấp phụ lọc các tạp chất trong nước.
Kết quả của quá trình trên là hình thành các hạt lớn lắng xuống.


Để thực hiện quá trình keo tụ, người ta cho vào nước các chất keo tụ thích hợp như
phèn nhôm Al2(SO4), phèn sắt FeSO4 hoặc loại FeCl3. Các phèn này được đưa vào

nước dưới dạng hoà tan.
Khi cho phèn nhôm vào nước, chúng phân ly thành các ion Al 3+ sau đó các ion này
bị thuỷ phân thành Al(OH)3 .


Al3+ + 3 H2O = Al(OH)3

+

H+

Trong phản ứng thuỷ phân trên đây, ngoài Al(OH) 3 là nhân tố quyết định đến hiệu
quả keo tụ tạo thành, còn giải phóng ra các ion H + . Các ion H+ này sẽ được khử
bằng độ kiềm tự nhiên của nước ( được đánh giá bằng HCO 3-). Trường hợp độ
kiềm tự nhiên của nước thấp, không đủ để trung hòa ion H + thì cần phải kiềm hoá
nước. Chất dùng để kiềm hoá thông dụng nhất là vôi (CaO). Một số trường hợp
khác có thể dùng sôđa( Na2CO3), hay sút (NaOH).
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình keo tụ tạo bông:
 Trị số pH của nước.
Nước thiên nhiên sau khi đã cho Al 2 (SO4)vào, trị số pHcủa nó bị giảm thấp, vì Al 2
(SO4) là một loại gồm một loại muối axit mạnh bazơ yếu. Sự thuỷ phân của nó có
thể tăng tính axit của nước. Đối với hiệu quả keo tụ có ảnh hưởng, chủ yếu là trị số
pH của nước sau khi cho phèn vào. Cho nên trị số pH dưới đây đều là trị số pH
của nước sau khi cho phèn vào.


Trị số pH ảnh hưởng rất lớn và nhiều mặt đến quá trình keo tụ.
Ảnh hưởng của pH đối với độ hoà tan nhôm hydroxit. Nó là một hydroxit
điển hình. Trị số pH của nước quá cao hoặc quá thấp đều đủ làm cho nó hoà
tan, khiến hàm lượng nhôm dư trong nước tăng thêm.

Khi trị số pH giảm thấp đến 5.5 trở xuống, Al(OH)3 có tác dụng rõ ràng như một
chất kiềm, làm cho hàm lượng Al3+ trong nước tăng nhiều như phản ứng sau.


Al(OH)3 + 3 H+ → Al3+ + 3 H2O
Khi trị số pH tăng cao đến 7.5 trở lên Al( OH) 3 có tác dụng như một axit làm cho
gốc AlO2 trong nước xuất hiện phản ứng sau:
Al(OH) 3 + OH-→ AlO2 + 2 H2O
Khi trị số pH đạt đến 9 trở lên, độ hoà tan của Al(OH) 3 nhanh chóng tăng lớn sau
cùng thành dung dịch muối nhôm.
Khi trong nước có SO4, trong phạm vi pH = 5.5 ≈ 7 trong vật kết tủa có muối
sunfat kiềm rất ít hoà tan. Trong phạm vi này, khi trị số pH biến đổi cao muối
sunfat kiềm ở hình thái Al(OH)4SO4 khi pH biến đổi thấp ở dạng Al(OH)SO4.


Tóm lại trong phạm vi pH từ 5.5 đến 7 lượng nhôm dư trong nước đều rất nhỏ .
Ảnh hưởng của pH đến điện tích của hạt keo nhôm hyroxit. Điện tích của hạt
keo trong dung dịch nước có quan hệ đến thành phần của ion trong nước, đặt
biệt là nồng độ ion H+. Cho nên trị số pH đối với tính mang điện của hạt keo
có ảnh hưởng rất lớn. Khi 5< pH <8 nó mang điện dương, cấu tạo của đám
keo này do sự phân hủy của nhôm sunfat mà hình thành. Khi pH < 5 vì hấp
thụ SO4 mà mang điện tích âm, khi pH ≈ 8, nó tồn tại ở trạng thái hydroxit
trung tính, vì thế mà dễ dàng kết tủa nhất.
 Ảnh hưởng của pH đối với chất hữu cơ trong nước. Chất hữu cơ trong nước
như chất hữu cơ bị thối rữa, khi pH thấp, dung dịch keo của axit humic
mang điện tích âm. Lúc này dễ dàng dùng chất keo tụ khử đi. Khi pH cao nó
trở thành muối axit humic dễ tan.Vì thế mà hiệu quả khử đi tương đối kém.
Dùng muối nhôm khử loại này, thích hợp nhất ở pH = 6 ≈ 6.5.
 Ảnh hưởng pH đến tốc độ keo tụ dung dịch keo. Tốc độ keo tụ dung dịch
keo và điện thế ξ của nó có quan hệ. Trị số điện thế ξ càng nhỏ, lực đẩy giữa

các hạt càng yếu, vì vậy tốc độ keo tụ càng nhanh. Khi điện thế ξ bằng 0
nghĩa là đạt đến điểm đẳng điện. Tốc độ keo tụ của nó lớn nhất.
Dung dịch keo này hình thành từ hợp chất lưỡng tính, điện thế ξ cuả nó và điểm
đẳng điện chủ yếu quyết định bởi trị số pH cuả nước. Nhôm hydroxit và các chất
humic, đất sét hợp thành dung dịch keo trong nước thiên nhiên đều là lưỡng tính,
cho nên pH là nhân tố chủ yếu ảnh hưởng đến tốc độ keo tụ.


Từ một số nguyên nhân trên, đối với một loại nước cụ thể thì không có phương
pháp tính toán trị số pH tối ưu mà chỉ xác định thực nghiệm. Chất lượng nước khác
nhau, trị số pH tối ưu khác nhau, nghĩa là cũng một nguồn nước, các mùa khác
nhau, trị số pH tối ưu có thể thay đổi.
Khi dùng muối nhôm làm chất keo tụ, trị số pH tối ưu nằm trong giới hạn 6.6 ≈
7.5. Quy luật nói chung là khi lượng chất keo tụ cho vào tương đối ít, dung dịch
keo tự nhiên trong nước chủ yếu là dựa vào quá trình keo tụ của bản thân nó mà
tách ra, nên dùng pH tương đối là thích hợp, vì khi điện tích dương của dung dịch
keo nhôm hydroxit tương đối lớn. Như vậy rất có lợi để trung hòa điện tích âm của
dung dịch keo tự nhiên, giảm thấp điện thế ξ của nó. Khi lượng phèn cho vào
tương đối nhiều, chủ yếu là làm cho dung dịch nhôm hydroxit của bản thân chất


keo tụ hình thành keo tụ càng tốt. Để khử đi vật huyền phù và dung dịch keo tự
nhiên có trong nước, là dựa vào tác dụng hấp phụ dung dịch keo nhôm hydroxit,
cho nên pH gần bằng 8 là thích hợp nhất, vì nhôm hydroxit dễ kết tủa xuống.
Nếu độ kiềm của nước nguồn quá thấp sẽ không đủ để khử tính axit do chất keo tụ
thuỷ phân sinh ra. Kết quả làm cho trị số pH của nước sau khi cho phèn vào quá
thấp. Ta có thể dùng biện pháp cho kiềm vào để điều chỉnh trị số pH của nước ra.
Nói chung kiềm cho vào nước có thể dùng sút ( NaOH), kali hydroxit ( KOH),
natri cacbonat, hay canxi hydroxit ( Ca(OH)2).
Lượng dùng chất keo tụ: quá trình keo tụ không phải là một loại phản ứng

hoá học đơn thuần, nên lượng phèn cho vào không thể căn cứ vào tính toán
để xác định. Tuỳ điều kiện cụ thể khác nhau, phải làm thực nghiệm chuyên
môn để tìm ra lượng phèn cho vào tối ưu.
Lượng phèn tối ưu cho vào trong nước nói chung là 0.1 ∼ 0.5 mgđ/l, nếu dùng
Al2(SO4) .18H2O thì tương đương 10 ∼ 50mg/l . Nói chung vật huyền phù trong
nước càng nhiều, lượng chất keo tụ cần thiết càng lớn. Cũng có thể chất hữu cơ
trong nước tương đối ít mà lượng keo tụ tương đối nhiều.


Nhiệt độ nước : khi dùng muối nhôm làm chất keo tụ, nhiệt độ nước ảnh
huởng lớn đến hiệu quả keo tụ. Khi nhiệt độ nước rất thấp ( thấp hơn 5 0C),
bông phèn sinh ra to và xốp, chứa phần nước nhiều, lắng xuống rất chậm nên
hiệu quả kém.
Khi dùng nhôm sunfat tiến hành keo tụ nước thiên nhiên, nhiệt độ nước thấp nhất
là: 25 – 300C.


Khi dùng muối sắt làm chất keo tụ, ảnh hưởng của nhiệt độ nước đối với hiệu quả
keo tụ không lớn.


Tốc độ hỗn hợp của nước và chất keo tụ : Quan hệ tốc độ hỗn hợp của
nước và chất keo tụ đến tính phân bổ đồng đều của chất keo tụ và cơ hội va
chạm giữa các hạt keo cũng là một nhân tố trọng yếu ảnh hưởng đến quá
trình keo tụ. Tốc độ khuấy tốt nhất là từ nhanh chuyển sang chậm. Khi mới
cho chất keo tụ vào nước phải khuấy nhanh, vì sự thuỷ phân cuả chất keo tụ
trong nước và hình thành chất keo tụ rất nhanh.