Nghiên cứu hiệu quả xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt trên mô hình ao với giá thể PVA

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

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU HIỆU QUẢ XỬ LÝ NITƠ TRONG
NƯỚC THẢI SINH HOẠT TRÊN MÔ HÌNH AO
VỚI GIÁ THỂ PVA

Ngành:

Môi Trường

Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường

Giảng viên hướng dẫn :PGS.TS Trương Thanh Cảnh
Sinh viên thực hiện
MSSV: 1211090024

:Nguyễn Văn Đồng
Lớp: 12DMT01

TP. Hồ Chí Minh, 8/2016


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình

nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả
nghiên cứu trong luận văn là trung thực, được
các đồng tác giả cho phép sử dụng và chưa
từng được công bố trong bất kì một công trình
nào khác.

Tác giả đồ án

Nguyễn Văn Đồng


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em xin chân thành cảm ơn đến thầy hướng dẫn là thầy PGS.TS
Trương Thanh Cảnh. Cảm ơn thầy đã luôn quan tâm chỉ bảo em trong suốt quá trình
thực hiện luận văn. Cám ơn thầy đã truyền cho em những tri thức , kiến thức để có
thể hoàn thành tốt luận văn lần này, bên cạnh đó quan trọng hơn thầy còn cho em
những bài học quý báu khác trong cuộc sống, thầy đã tha thứ cho em sau những lần
mắc lỗi từ đó em có thể rút ra những bài học quý báu để rèn luyện bản thân trước khi
đối mặt với cuộc sống thực tế sau khi ra trường . Em chân thành cảm ơn thầy !
Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Quý thầy cô ngành Môi Trường khoa CNSHTP-MT Trường Đại Học Kỹ Thuật tp.HCM đặc biệt là các thầy cô thỉnh giảng đã
nhiệt tình giảng dạy, trang bị kiến thức và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho em trong
suốt quá trình học tập. Các thầy cô đã truyền cho em những tri thức cần thiết để có
thể thực hiện luận văn này. Bên cạnh đó những kỷ niệm thời sinh viên sẽ luôn luôn
khắc ghi cùng thầy cô và bạn bè.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến chị Nguyễn Thị Hưng Thanh, cảm ơn chị
luôn đồng hành cùng em từng ngày; nhắc nhở, chỉ bảo em ngay cả việc nhỏ nhất; tạo

điều kiện tốt nhất để em hoàn thành công việc của mình trong suốt gần 6 tháng chạy
mô hình ;cảm ơn chị vẫn luôn bên cạnh em những ngày hoàn thành báo cáo, động
viên , giúp đỡ những khi em gặp khó khăn. Cảm ơn chị.
Xin cảm ơn các thầy cô, anh chị công tác tại Viện Tài nguyên và Môi trường đã
hỗ trợ và tạo điều kiện cho em hoàn thành đề tài tại Viện trong suốt thời gian qua.
Cảm ơn các thầy cô, anh chị trong phòng thí nghiệm phân tích đã hỗ trợ dụng cụ, hóa
chất để nhóm chúng em thực hiện các thí nghiệm sử dụng cho đề tài của mình.
Bên cạnh đó , xin cảm ơn đến 2 bạn đồng hành trong luận văn là Thi Thanh
Trung và Trần Vũ Thu Thuỷ đã luôn chung vai sát cánh trong suốt quá trình thực hiện
và hoàn thành luận văn.


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

Tuy có nhiều nỗ lực cố gắng nhưng không tránh khỏi sai sót, khuyết điểm trong
khi thực hiện luận văn này. Mong nhận được sự đóng góp từ các thầy cô bạn bè.
Một lần nữa, xin cảm ơn rất nhiều! Cuối cùng xin chúc mọi người sức khỏe và
thành đạt.
Thành phố Hồ Chí Minh ngày 06 tháng 08 năm 2016
Sinh viên
Nguyễn Văn Đồng


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

TÓM TẮT

Việc sử dụng giá thể bám dính đang rất phổ biến trong công nghệ xử lý nước
thải hiện nay. Trong nghiên cứu này, hạt PVA Gel của công ty Kuraray được lựa chọn
để nghiên cứu khả năng xử lý Nitơ trong mô hình thiếu khí - hiếu khí (AO). Thể tích
hạt PVA Gel cho vào mỗi ngăn là 8% thể tích của ngăn phản ứng. Để tìm ra chế độ
vận hành tối ưu, hai biến số thời gian lưu nước và tỷ lệ tuần hoàn nước được lựa chọn.
Với ba mức thời gian lưu nước là 8,13h, 5,86h và 4,61h, hiệu suất xử lý TN và NNH4+ cao nhất ở thời gian lưu 5,86h với hiệu suất xử lý là 62,94% và 76,23% tương
ứng. Nghiên cứu cũng thực hiện thử nghiệm tiếp theo với tỷ lệ tuần hoàn nước là
200%, 400%, 600%. Kết quả cho thấy, hiệu suất xử lý TN, COD, N-NH4+ cao
nhất với tỷ lệ tuần hoàn nước 600%.
Nồng độ TN, N-NH4+ và COD ở đầu ra trung bình với tỷ lệ tuần hoàn 600% lần
lượt là 34,10±3,77mg/l, 14,57±1,51mg/l, 204,24±26,41mg/l.
Khả năng xử lý Nitơ của vi sinh dính bám trên hạt PVA Gel là 3,78gN/m2.ngày
(tức 3,37mgN/m2.ngày và 0,41mgN/m2.ngày tại ngăn thiếu khí và hiếu khí tương
ứng) và khả năng xử lý COD là 10,05gCOD/m2.ngày tại tỷ lệ tuần hoàn 600%. Kết
thúc nghiên cứu, lượng sinh khối bám dính trên hạt trong ngăn thiếu khí là 3,69mg/hạt
và hiếu khí là 11,51mg/hạt.


BM05/QT04/ĐT

Khoa: CNSH- TP- MT

PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1. Họ tên sinh viên:
Nguyễn Văn Đồng

MSSV: 1211090024

Ngành:

Kỹ thuật môi trường

Chuyên ngành:

Kỹ thuật môi trường

Lớp: 12DMT01

2. Tên đề tài: “Nghiên cứu hiệu quả xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt trên mô
hình AO với giá thể PVA”.
3. Các dữ liệu ban đầu:
-

Số liệu thông số và hiệu quả của giá thể PVA theo công ty Kuraray Asia
Pacific. Pte. Ltd. Nhật Bản.

-

Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN 14:2008./BTNMT

-

Những công trình nghiên cứu có liên quan.

4. Các yêu cầu chủ yếu:
-

Tổng quan về nước thải sinh hoạt.

-

Tổng quan về các công nghệ xử lý Nitơ hiện nay.

-

Vận hành mô hình thực tế từ đó đánh giá được hiệu quả giá thể.

-

Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể theo lưu lượng và chế độ tuần hoàn từ đó
đưa ra điều kiện tối ưu khi vận hành.

5. Kết quả tối thiểu phải có:
-

Hoàn thành quá trình vận hành của mô hình.

-

Đưa ra số liệu và đánh giá hiệu quả của giá thể từ đó đưa ra chế độ vận hành
tối ưu.

Ngày giao đề tài: 08 / 05 / 2016

Ngày nộp đề tài: 08 / 08 / 2016
TP. HCM, ngày.......tháng……năm……

Chủ nhiệm ngành
(Ký và ghi rõ họ tên)

Giảng viên hướng dẫn chính
(Ký và ghi rõ họ tên)


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

MỤC LỤC
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................ iv
DANH MỤC BẢNG BIỂU......................................................................................v
DANH MỤC HÌNH ẢNH ..................................................................................... vi
LỜI MỞ ĐẦU ..........................................................................................................1
1.

Tính cấp thiết của đề tài ..........................................................................1

2.

Tình hình nghiên cứu ...............................................................................2
2.1.

Nghiên cứu nước ngoài ............................................................................2

2.2.

Nghiên cứu trong nước ............................................................................3

3.

Mục tiêu nghiên cứu .................................................................................4

4.

Nội dung nghiên cứu ................................................................................4

5.

Phương pháp nghiên cứu .........................................................................4

6.

Ý nghĩa khoa học ......................................................................................5

7.

Ý nghĩa thực tiễn ......................................................................................5

CHƯƠNG 1 :TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ..............................6
1.1.

Tổng quan về nước thải sinh hoạt ..........................................................6

1.2.

Tác hại đến môi trường của nước thải sinh hoạt ..................................6

1.2.1.

Tác hại đến môi trường tự nhiên ..........................................................6

1.2.2.

Tác hại đến môi trường nhân tạo .........................................................7

1.3.

Tính chất, thành phần của nước thải sinh hoạt ....................................7

1.3.1.

Tính chất vật lý.......................................................................................7

1.3.2.

Thành phần hoá học ..............................................................................8

1.3.3.

Thành phần sinh học .............................................................................9

i


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH AO VÀ CÔNG NGHỆ SINH
HỌC DÍNH BÁM ..................................................................................................11

2.1.

tổng quan về mô hình AO (Anoxic Oxic ) ............................................11

2.1.1.

Bể Anoxic .............................................................................................11

2.1.2.

Bể Oxic .................................................................................................12

2.2.

Cơ sở lý thuyết của phương pháp lọc sinh học ....................................14

2.2.1.

Định nghĩa ...........................................................................................14

2.2.2.

Phân loại ..............................................................................................14

2.2.3.

Vi sinh vật xử lý nước thải trong lọc sinh học ...................................15

2.2.4.

Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tăng trưởng và phát triển của vi

khuẩn 17
2.2.5.

Cấu tạo và hoạt động của màng sinh học...........................................19

2.2.6.

Tính chất của vật liệu lọc nổi ..............................................................23

2.2.7.

Ưu và nhược điểm................................................................................25

2.2.8.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý ..........................................25

2.2.9.

Các loại vật liệu thường được dùng làm giá thể ................................26

CHƯƠNG 3 : MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM .......................................................30
3.1.

Mô hình AO ............................................................................................30

3.1.1.

Mô hình thực nghiệm ..........................................................................30

3.1.2.

Vật liệu giá thể vi sinh PVA Gel ( Polyvinyl alcohol) ........................32

3.1.3.

Điều kiện thí nghiệm ...........................................................................34

3.1.4.

Nước thải ..............................................................................................34

3.1.5.

Sinh khối ..............................................................................................35

3.2.
3.2.1.

Vận hành mô hình ..................................................................................35
Giai đoạn chạy thích nghi ...................................................................35

ii


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

3.2.2.

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

Giai đoạn xử lý .....................................................................................36

3.3.

Phương pháp phân tích..........................................................................37

3.4.

Tính toán và xử lý số liệu .......................................................................39

CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ......................................................40
4.1.

Giai đoạn thích nghi ...............................................................................40

4.2.

Khảo sát hiệu quả xử lý giai đoạn vận hành chính .............................42

4.2.1.

Hiệu quả xử lý Nitơ .............................................................................43

4.2.2.

Hiệu quả xử lý COD ............................................................................45

4.3.

Tương quan sự biến đổi Nitơ trong từng thí nghiệm ..........................47

4.3.1.

Thí nghiệm thay đổi thời gian lưu ......................................................47

4.3.2.

Thí nghiệm thay đổi tỉ lệ tuần hoàn ....................................................52

4.4.

Khả năng xử lý trên một đơn vị giá thể ...............................................58

4.5.

Nồng độ sinh khối và khả năng dính bám sinh khối ...........................61

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...............................................................................63
1.

Kết luận ...................................................................................................63

2.

Kiến nghị .................................................................................................64

TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................................................65

PHỤ LỤC ...............................................................................................................67

iii


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
BOD

: Biological Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hoá sinh học)

COD

: Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hoá hoá học)

DO

: Dissolved Oxygen (Nồng độ oxygen hòa tan)

MLSS

: Mixed Liquor Suspended Solids (Hàm lượng bùn)

SS

: Suspended Solids (Chất rắn lơ lửng)
: Total Suspended Solids (Tổng chất rắn lơ lửng)

TSS
N-NH4

+

: Ammonium

N-NO2

-

: Nitrite

N-NO3-

: Nitrate

TN

: Total Nitrogen

MBBR

: Moving Bed Biofilm Reactor

HRT

: Hydraulic Retention Time

PP

: Poly Propylene

PVC

: Polyvinyl Chloride

NTSH

: Nước thải sinh hoạt

VSV

: Vi sinh vật

AO

: Anoxic - Oxic

PVA

: Polyvinyl Alcohol

TP.HCM

: Thành phố Hồ Chí Minh

ĐHQG – HCM

: Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh

iv


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 : So sánh chủng loại vi sinh vật giữa hệ thống bùn hoạt tính với hệ thống
vi sinh vật dính bám ................................................................................................ 16
Bảng 2.2 : Tính chất vật lý của một số vật liệu dùng cho lọc nhỏ giọt .................. 29
Bảng 3.1 : Thông số mô hình AO ........................................................................... 30
Bảng 3.2 : Thông số giá thể PVA Gel .................................................................... 33
Bảng 3.3: Tính chất nước thải nghiên cứu ............................................................. 34
Bảng 3.4 : Thông số vận hành thí nghiệm tìm thời gian lưu nước thải thích hợp . 36
Bảng 3.5 : Thông số vận hành thí nghiệm tìm tỷ lệ tuần hoàn thích hợp .............. 37
Bảng 3.6 : Phương pháp phân tích các thông số nước thải ................................... 38
Bảng 4.1 :Thông số vận hành giai đoạn thích nghi ............................................... 40
Bảng 4.2 : Hiệu suất xử lý COD, NT ,NH4+ qua các thí nghiệm ........................... 42
Bảng 4.3 : Thông số vận hành và kết quả thí nghiệm thay đổi theo thời gian lưu 47
Bảng 4.4 : Thông số vận hành và kết quả thí nghiệm thay đổi tỉ lệ tuần hoàn ...... 52
Bảng 4.5 : Tải lượng Nitơ xử lý trên một đơn vị PVA Gel trong ngăn thiếu khí ... 59
Bảng 4.6 : Tải lượng Nitơ xử lý trên một đơn vị PVA Gel trong ngăn hiếu khí .... 60
Bảng 4.7 : Tải trọng COD trên một đơn vị giá thể PVA Gel ................................. 60
Bảng 4.8 : Nồng độ bùn lơ lửng trong từng thí nghiệm ........................................ 61

v

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 : Cấu trúc màng sinh học......................................................................... 20
Hình 2.2 : Chuỗi các vi sinh vật tạo thành màng vi sinh ....................................... 23
Hình 2.3 : Hạt vật liệu nổi ...................................................................................... 24
Hình 2.4 : Giá thể vi sinh ....................................................................................... 27
Hình 3.1 : Mô hình AO thực nghiệm ..................................................................... 30
Hình 3.2 : Sơ đồ nguyên lý mô hình AO ............................................................... 31
Hình 3.3 : Hiệu quả giá thể PVA so với giá thể khác trên lượng Bacteria ............ 33
Hình 2.4 : Cấu trúc hiển vi của giá thể PVA Gel ................................................... 33
Hình 4.1 : Kết quả phân tích COD ở giai đoạn thích nghi ..................................... 41
Hình 4.2 : Kết quả phân tích N-NH4+ ở giai đoạn thích nghi ................................ 41
Hình 4.3 : Giá thể tại bể thiếu khí và hiếu khí ....................................................... 42
Hình 4.5 :Sự biến thiên nồng độ và hiệu suất xử lý COD ..................................... 46
Hình 4.6 : Sự biến thiên nồng độ N-NH4+ trong từng ngăn ................................. 49
Hình 4.7 : Sự biến thiên nồng độ TN trong từng ngăn .......................................... 50
Hình 4.8: Biến thiên nồng độ N-NO3-(a) và nồng độ N-NO2-(b) trong từng
ngăn ......................................................................................................................... 51
Hình 4.9 : Biến thiên nồng độ N-NH4+ theo từng ngăn ......................................... 54
Hình 4.10 : Sự biến thiên TN trong từng ngăn ...................................................... 55
Hình 4.11 :Biến thiên nồng độ N-NO3-(a) và nồng độ N-NO2-(b) trong từng
ngăn ......................................................................................................................... 57

vi

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

LỜI MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Theo Tổng cục thống kê, tính đến đầu tháng 4 năm 2014, dân số Việt Nam đạt
gần 90,5 triệu người và xếp thứ 3 về dân số trong khu vực Đông Nam Á. Trong đó,
Thành phố Hồ Chí Minh là nơi có dân số đông nhất nước với gần 8 triệu người.
Cùng với sự gia tăng dân số, quá trình phát triển kinh tế - xã hội của đất nước,
đòi hỏi nhu cầu nước cho sản xuất và dân sinh ngày càng tăng cả về số lượng và chất
lượng. Nhu cầu sử dụng nước ngày càng tăng dẫn đến việc khai thác sử dụng tài
nguyên nước ngày càng nhiều. Điều đó cho thấy, nguy cơ thiếu nước là rõ ràng và ở
mức nghiêm trọng. Suy thoái, cạn kiệt nguồn nước mặt, nước ngầm, thiếu nước, khan
hiếm nước trở nên phổ biến hơn. Đi đôi với việc tiêu thụ tài nguyên nước là vấn đề ô
nhiễm môi trường gây ra trong quá trình sản xuất và tiêu thụ.
TP. Hồ Chí Minh là đô thị lớn nhất Việt Nam và hiện đang đối mặt với tình
trạng khối lượng nước thải sinh hoạt ngày càng gia tăng do tốc độ phát triển dân số
tăng cao. Tuy nhiên, hiện nay cơ sở xử lý nước thải sinh hoạt của thành phố còn rất
hạn chế chỉ có khoảng 3 nhà máy với tổng công suất 176.000 m3/ngày.đêm (nhà máy
Bình Hưng có công suất 141.000 m3/ngày.đêm, nhà máy Tân Quy Đông có công suất
5.000 m3/ngày.đêm, nhà máy Bình Hưng Hòa có công suất 30.000 m3/ngày.đêm),
chưa đủ để thu gom và xử lý hết khối lượng nước thải phát sinh. Bên cạnh đó, trong
nước thải có thành phần hữu cơ cao nên khi được xả thải trực tiếp vào nguồn nước đã
góp phần làm suy giảm chất lượng nguồn tiếp nhận nước thải, cũng như ảnh hưởng
tới điều kiện vệ sinh và sức khỏe của người dân.
Nước thải sinh hoạt thường chứa các chất lơ lửng, chất hữu cơ, các chất cặn bã
và vi sinh, nếu không được xử lý và xả thải thường xuyên sẽ là một trong những
nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Vì vậy, yêu cầu đặt ra với các hệ thống
xử lý nước thải của thành phố hiện nay là xử lý thành phần hữu cơ và dinh dưỡng của

nước thải đạt chuẩn với diện tích nhỏ, quá trình vận hành đơn giản, chi phí thấp và
lượng chất thải thứ cấp giảm tối đa.

1


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

Có rất nhiều phương pháp vật lý, hóa học và sinh học được sử dụng để xử lý
nước thải sinh hoạt nhưng phương pháp luôn được hướng tới trong nghiên cứu hiện
nay là xử lý sinh học. Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu
khí kết hợp hệ vi khuẩn dính bám (lọc sinh học) và lơ lửng (bùn hoạt tính) đang là
một hướng đi mới và rất có ý nghĩa thực tiễn. Vật liệu lọc được sử dụng trong các bể
lọc sinh học rất đa dạng: gỗ, chất dẻo, đá cuội… Trong đó, vật liệu lọc bằng chất dẻo
hiện đang được sử dụng rộng rãi do có nhiều ưu điểm: nhẹ, đáp ứng được yêu cầu kỹ
thuật tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển.
Đề tài “Nghiên cứu hiệu quả xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt trên mô
hình AO với giá thể PVA” đã được thực hiện nhằm nghiên cứu hiệu quả xử lý chất
hữu cơ, chất dinh dưỡng của vật liệu lọc mới - hạt PVA - trên cơ sở phân tích các
thông số COD, hiệu suất xử lý Nitơ.
2. Tình hình nghiên cứu
2.1. Nghiên cứu nước ngoài
Từ nhiều năm qua, phương pháp lọc sinh học sử dụng giá thể đã được xem là
phương pháp đơn giản, nhỏ gọn nhưng lại rất hiệu quả để xử lý nước thải. Cho đến
nay, những nghiên cứu về phương pháp này vẫn đang được tiến hành ở nhiều nước
trên thế giới.
Orantes, J.C, Gonzalez-Martinez và cộng sự đã thực hiện nghiên cứu “A new
low-cost biofilm carrier for the treatment of municipal wastewater in a moving bed

reactor” [7]. Màng sinh học trong nghiên cứu là ống polyethylene với đường kính 1,1
cm được cắt thành miếng 1,2 cm. Nhóm tác giả vận hành mô hình ở các tải trọng hữu
cơ khác nhau. Các kết quả chính đã cho thấy rằng tổng COD tối đa đạt được là 81%.
Sau vài tháng hoạt động, vật liệu không có dấu hiệu mài mòn hoặc biến dạng.
Trong quá trình lọc sinh học, loại và kích thước lỗ xốp của màng có ảnh hưởng
lớn đến hiệu quả loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải. Nghiên cứu “Roles of
sponge sizes and membrane types in a single stage sponge-submerged membrane
bioreactor for improving nutrient removal from wastewater for reuse” của Wenshan
Guo, Huu-Hao Ngo và cộng sự thực hiện trên nước thải tổng hợp mô phỏng nước thải

2


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

sinh hoạt đậm đặc. Nghiên cứu này khảo sát hiệu suất của ba kích cỡ khác nhau của
vật liệu xốp (S28-30 / 45R, S28-30 / 60R và S28-30 / 90R). Vật liệu xốp S28-30 /
45R, S28-30 / 60R cho hiệu suất loại bỏ hợp chất hữu cơ hòa tan (> 96%) và PO4-P
(> 98,8) cao, và loại bỏ hơn 99% N_NH4+
Nghiên cứu hiệu quả xử lý COD và chất dinh dưỡng bằng phương pháp lọc sinh
học cũng đã được X.J. Wang cùng cộng sự thực hiện, kết quả được trình bày trong
bài báo "Nutrients removal from municipal wastewater by chemical precipitation in
a moving bed biofilm reactor” [8]. Nhóm tác giả đã sử dụng giá thể làm từ polyethylene
có tỷ trọng 0,95 - 0,99 g/cm3 dạng hình cầu nhỏ đường kính 25 mm. Giá thể chuyển
động tự do trong bể phản ứng. Nghiên cứu được thực hiện ở DO khác nhau từ 6, 4,
2, và 1 mg/l với thời gian lưu nước là 6h. Trong 4 trường hợp trên, hiệu quả khử COD
tăng dần khi DO tăng dần và đạt 77,1% tại DO = 6 mg/l. Tuy nhiên, hiệu quả khử N
lại đạt cao nhất là 89,9% tại DO = 2. Nếu tiếp tục tăng DO thì hiệu quả khử N lại

giảm.
2.2. Nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam, vấn đề ứng dụng giá thể xử lý nước thải đã được nhiều tổ chức,
nhiều cá nhân quan tâm nghiên cứu. Điển hình là:
Nguyễn Thị Thanh Phượng, Nguyễn Văn Phước, Thiệu Cẩm Anh đã thực hiện
“Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải tinh bột mì bằng công nghệ lọc sinh
học hiếu khí trên các loại vật liệu lọc khác nhau” [4] . Đề tài đã đánh giá hiệu quả xử
lý nước thải tinh bột khoai mì bằng công nghệ lọc sinh học hiếu khí trên 4 loại vật
liệu lọc: xơ dừa, than đá, nhựa PVC, nhựa Bio - Ball BB-1. Kết quả cho thấy cả 4 loại
vật liệu lọc đều có khả năng xử lý chất hữu cơ và N cao cụ thể COD, N giảm 90-98%;
61- 92 % ở tải trọng hữu cơ dao động từ 0,5; 1; 1,5 và 2 kg COD/m3/ngày.
- Công nghệ Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) là công nghệ đang được sử
dụng nhiều hiện nay. Công nghệ MBBR là công nghệ kết hợp giữa các điều kiện
thuận lợi của quá trình xử lý bùn hoạt tính và bể lọc sinh học. Lê Đức Anh, Lê Thị
Minh, Đào Vĩnh Lộc đã nghiên cứu ứng dụng công nghệ này để xử lý nước thải sinh
hoạt tại Thành phố Đà Lạt[1]. Thiết lập mô hình nghiên cứu quy mô phòng thí nghiệm

3


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

với 2 bể sinh học có giá thể K3 làm từ Polyetylen với tỷ lệ 40% so với thể tích bể.
Mô hình vận hành tại HRT = 4-24h, pH = 6,5-8, DO = 0,1-0,5 (bể thiếu khí) và 2,53,5 (bể hiếu khí). Nghiên cứu thực hiện ở các tải trọng 1 kg COD/m3.ngày, 2 kg
COD/m3.ngày, 3 kg COD/m3.ngày hiệu quả xử lý COD cao nhất lần lượt là 93,22%,
92,82%, 85,61% và hiệu suất khử T-N (tổng nitơ) cao nhất đạt 69,03%, 76,74%,
61,40%. Các chỉ tiêu COD, BOD5, N-NH4+ dòng ra đều đạt tiêu chuẩn loại B của
QCVN 14:2008/BTNMT. Kết quả này cho thấy tiềm năng lớn ứng dụng công nghệ

MBBR xử lý nước thải sinh hoạt.
- "Ứng dụng phương pháp lọc sinh học ngập nước trong xử lý nước thải sinh
hoạt" do Đỗ Văn Mạnh cùng cộng sự nghiên cứu cho thấy khả năng khử Nitơ và
COD của giá thể đệm nhựa gấp nếp[3]. Hiệu suất xử lý N-NH4+ ở các chế độ thời gian
lưu nghiên cứu đều đạt trên 95%. Hiệu suất xử lý COD ở các chế độ thời gian lưu 11
h, 7,3 h và 5,6 h tương ứng đạt 85 – 90%, 80 – 85% và 75 – 80%. Kết quả cho thấy
phương pháp lọc sinh học sử dụng giá thể cho hiệu quả, tốc độ xử lý và tính ổn định
cao.
3. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu hiệu quả xử lý Nitơ trong nước thải sinh hoạt trên mô hình AO với
giá thể PVA , so sánh và đưa ra điều kiện tối ưu mà hệ thống và giá thể có hiệu suất
xử lý là cao nhất.
4. Nội dung nghiên cứu
- Tiến hành lấy và phân tích nước thải sinh hoạt sau bể tự hoại của Đại Học
Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh.
- Tiến hành chạy mô hình thí nghiệm và phân tích các chỉ tiêu đầu ra và đầu vào
với nhiều chế đồ tuần hoàn để có thể xác định được khoảng xử lý tối ưu COD và
Nito của giá thể PVA gel trong hệ thống .
- Đánh giá hiệu quả xử lý của giá thể PVA gel
- Đưa ra các số liệu mà hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt .
5. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết:

4


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

Trên cơ sở định hướng nghiên cứu của đề tài, tiến hành thu thập các cơ sở lý
thuyết, kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước, số liệu, tài liệu thống kê thông qua
khảo sát thực tế, báo cáo khoa học, sách giáo khoa, tạp chí chuyên ngành... liên quan
đến nội dung và đối tượng nghiên cứu.
- Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm:
Vận hành mô hình trong điều kiện thay đổi tỉ lệ tuần hoàn nước.
Phương pháp lấy mẫu và phân tích: Mẫu nước thải đầu vào và đầu ra của mô
hình sẽ được thu thập ở mỗi ngăn và ở bể chứa nước sau xử lý. Tiến hành phân tích
các chỉ tiêu môi trường theo các quy định của Tiêu chuẩn Việt Nam hoặc Tiêu chuẩn
quốc tế (theo Standard Methods for the Exammination of Water and Wastewater,
2005).
Phương pháp so sánh: so sánh nồng độ chất ô nhiễm, so sánh kết quả nghiên
cứu giữa các thực nghiệm nghiên cứu với nhau và với QCVN 14:2008/BTNMT.
- Phương pháp thống kê, xử lý số liệu:
Các kết quả phân tích sau tính toán sẽ được xử lý thống kê trên phần mềm
MS.Excel.
Tính toán các thông số từ đó kết luận hiệu quả xử lý của giá thể.
6. Ý nghĩa khoa học
- Nghiên cứu khả năng xử lý COD và nitrogen của mô hình Anoxic – Oxic với
giá thể PVA gel, nhằm tăng cường hiệu quả xử lý, giảm giá thành xây dựng.
- Nghiên cứu quá trình phát triển của vi sinh vật trên giá thể PVA nhằm nâng
cao sinh khối và tải lượng xử lý trên một đơn vị giá thể.
- Mô hình AO kết hợp giá thể PVA có khả năng xử lý cao hơn những nghiên
cứu trong và ngoài nước với những mô hình và giá thể khác.
7. Ý nghĩa thực tiễn
-

Đề tài góp phần đa dạng hóa vật liệu sử dụng trong công nghệ lọc sinh

học, góp phần nâng cao chất lượng nước thải sau xử lý đồng thời giảm chi phí xử

lý nước.
-

Có khả năng áp dụng công nghệ nghiên cứu vào đời sống.

5


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

CHƯƠNG 1 :TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh
hoạt của cộng đồng : tắm , giặt , tẩy rửa , vệ sinh cá nhân, chế biến thức ăn… chúng
thường được thải ra từ các căn hộ, cơ quan, trường học, bệnh viện, chợ, và các công
trình công cộng khác. Lượng nước thải sinh hoạt của một khu dân cư phụ thuộc vào
dân số, vào tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống thoát nước. Nước thải sinh
hoạt ở các trung tâm đô thị thường thoát bằng hệ thống thoát nước dẫn ra các sông
rạch, còn các vùng ngoại thành và nông thôn do không có hệ thống thoát nước nên
nước thải thường được tiêu thoát tự nhiên vào các ao hồ hoặc thoát bằng biện pháp
tự thấm.
Nước thải sinh hoạt thường chiếm khoảng 80% lượng nước được cấp cho sinh
hoạt và chứa nhiều tạp chất khác nhau. Các thành phần này bao gồm: 52% chất hữu
cơ, 48% các chất vô cơ. Ngoài ra, trong nước thải sinh hoạt còn chứa nhiều loài sinh
vật gây bệnh và các độc tố của chúng. Phần lớn các virus là vi khuẩn gây bệnh tả,
bệnh lỵ, bệnh thương hàn… Ngoài ra, nước thải sinh hoạt thường chứa các thành
phần dinh dưỡng rất cao.
1.2. Tác hại đến môi trường của nước thải sinh hoạt

1.2.1.

Tác hại đến môi trường tự nhiên

Nước thải sinh hoạt gây ra sự ô nhiễm môi trường tự nhiên do các thành phần ô
nhiễm:
- COD, BOD: sự khoáng hóa, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ moat lượng lớn và
gay thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng của hệ sinh thái môi trường
nước. nếu ô nhiễm quá mức điều kiện yếm khí có thể hình thành. Trong quá trình
phân hủy yếm khí sinh ra các sản phẩm như H2S, NH3, CH4…làm cho nước có mùi
hôi thối và làm giảm pH của môi trường nước nơi tiếp nhận.
- SS: lắng động ở nguồn tiếp nhận gay điều kiện yếm khí
- Nhiệt độ: nhiệt độ nước thải sinh hoạt thường không gay ảnh hưởng đến đời
sống của thủy sinh vật.

6


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

- Vi khuẩn gây bệnh: gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước tiểu như:
tiêu chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da…
- N, P: nay là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng. Nếu nồng độ trong nước
quá cao dẫn tới hiện tượng phú dưỡng hóa, đó là sự phát triển bùng phát của các loại
tảo, làm cho các nồng độ oxi trong nước rất thấp vào ban đêm gay ngạt thở và gay
chất các thủy sinh vật, trong khi đó ban ngày nồng độ oxi rất cao do quá trình hô hấp
của tảo thải ra.
- Màu: màu đục hoặc đen, gây mất mỹ quan

- Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxi
1.2.2.

Tác hại đến môi trường nhân tạo

Bên cạnh sự ô nhiễm môi trường tự nhiên, thì nước thải nói chung, nước thải
sinh hoạt nói riêng khi chưa qua xử lí mà được xả trực tiếp ra môi trường sẽ gay mất
mĩ quan khu vực. Đó là chưa kể đến việc phát sinh các loại dịch bệnh lạ, ảnh hưởng
đến sức khỏe của người dân.
Về mặt xã hội thì nó sẽ gây ra sự bất an và thiếu tin tưởng vào các cơ quan quản
lí, từ đó sẽ kéo theo nhiều hệ lụy tiêu cực.
1.3. Tính chất, thành phần của nước thải sinh hoạt
1.3.1.

Tính chất vật lý

Hàm lượng chất rắn lơ lửng: Các chất rắn lơ lửng trong nước ((Total)
Suspended Solids – TSS - SS) có thể có bản chất là: - Các chất vô cơ không tan ở
dạng huyền phù (Phù sa, gỉ sét, bùn, hạt sét); - Các chất hữu cơ không tan; - Các vi
sinh vật (vi khuẩn, tảo, vi nấm, động vật nguyên sinh…). Sự có mặt của các chất rắn
lơ lửng cản trở hay tiêu tốn thêm nhiều hóa chất trong quá trình xử lý.
Mùi: Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là H2S - mùi trứng thối. Các hợp chất
khác, chẳng hạn như indol, skatol, cadaverin và cercaptan được tạo thành dưới điều
kiện yếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn cả H2S.
Độ màu: Màu của nước thải là do các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, thuốc
nhuộm hoặc do các sản phẩm được tạo ra từ các quá trình phân hủy các chất hữu cơ.
Đơn vị đo độ màu thông dụng là mg Pt/L (thang đo Pt-Co). Độ màu là một thông số

7

GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

thường mang tính chất cảm quan, có thể được sử dụng để đánh giá trạng thái chung
của nước thải.
1.3.2.

Thành phần hoá học

Độ pH của nước: pH là chỉ số đặc trưng cho nồng độ ion H+ có trong dung
dịch, thường được dùng để biểu thị tính axit hay tính kiềm của nước. Độ pH của nước
có liên quan dạng tồn tại của kim loại và khí hoà tan trong nước, ảnh hưởng đến hiệu
quả tất cả quá trình xử lý nước. Ngoài ra, độ pH có ảnh hưởng đến các quá trình trao
đổi chất diễn ra bên trong cơ thể sinh vật nước. Do vậy, pH rất có ý nghĩa về khía
cạnh sinh thái môi trường.
Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand - COD): COD là lượng oxy
cần thiết để oxy hoá các hợp chất hoá học trong nước bao gồm cả vô cơ và hữu cơ.
Như vậy, COD là lượng oxy cần để oxy hoá toàn bộ các chất hoá học trong nước,
trong khi đó BOD là lượng oxy cần thiết để oxy hoá một phần các hợp chất hữu cơ
dễ phân huỷ bởi vi sinh vật. COD là một thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô
nhiễm chất hữu cơ nói chung và cùng với thông số BOD, giúp đánh giá phần ô nhiễm
không phân hủy sinh học của nước từ đó có thể lựa chọn phương pháp xử lý phù hợp.
Nhu cầu oxy sinh học (Biochemical Oxygen Demand - BOD): BOD
(Biochemical oxygen Demand - nhu cầu oxy sinh hoá) là lượng oxy cần thiết để vi
sinh vật oxy hoá các chất hữu cơ theo phản ứng:
Chất hữu cơ + O2  CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm trung gian
Trong môi trường nước, khi quá trình oxy hoá sinh học xảy ra thì các vi sinh
vật sử dụng oxy hoà tan, vì vậy xác định tổng lượng oxy hoà tan cần thiết cho quá

trình phân huỷ sinh học là phép đo quan trọng đánh giá ảnh hưởng của một dòng thải
đối với nguồn nước. BOD có ý nghĩa biểu thị lượng các chất thải hữu cơ trong nước
có thể bị phân huỷ bằng các vi sinh vật.
Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen - DO): DO là lượng oxy hoà tan trong nước
cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật nước (cá, lưỡng thê, thuỷ sinh, côn trùng
v.v...) và thường được tạo ra do sự hoà tan oxy từ khí quyển hoặc do quang hợp của
tảo. Nồng độ oxy tự do trong nước nằm trong khoảng 8 - 10 ppm, và dao động mạnh

8


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

phụ thuộc vào nhiệt độ, sự phân huỷ hoá chất, sự quang hợp của tảo và v.v... Khi
nồng độ DO thấp, các loài sinh vật nước giảm hoạt động hoặc bị chết. Do vậy, DO là
một chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô nhiễm nước của các thuỷ vực.
Nitơ và các hợp chất chứa Nitơ: Trong nước mặt cũng như nước ngầm Nitơ
tồn tại ở ba dạng chính là: ion amoni (N-NH4+), nitrit (NO2-) và nitrat (NO3-). Dưới
tác động của nhiều yếu tố hóa lý và do hoạt động của một số sinh vật các dạng Nitơ
này chuyển hóa lẫn nhau, tích tụ lại trong nước ăn uống và có độc tính đối với con
người. Nếu sử dụng nước có NO2- với hàm lượng vượt mức cho phép kéo dài, trẻ em
và phụ nữ có thai có thể mắc bệnh xanh da vì chất độc này cạnh tranh với hồng cầu
để lấy oxy.
Phospho và các hợp chất chứa phospho: Trong các loại nước thải, Phospho
hiện diện chủ yếu dưới các dạng phosphat. Các hợp chất Phosphat được chia thành
Phosphat vô cơ và Phosphat hữu cơ. Phospho là một chất dinh dưỡng đa lượng cần
thiết đối với sự phát triển của sinh vật. Việc xác định Phospho tổng là một thông số
đóng vai trò quan trọng để đảm bảo quá trình phát triển bình thường của các vi sinh

vật trong các hệ thống xử lý chất thải bằng phương pháp sinh học. Phospho và các
hợp chất chứa Phospho có liên quan chặt chẽ đến hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn
nước, do sự có mặt quá nhiều các chất này kích thích sự phát triển mạnh của tảo và
vi khuẩn lam.
Chất hoạt động bề mặt: Các chất hoạt động bề mặt là những chất hữu cơ gồm
2 phần: kỵ nước và ưa nước tạo nên sự phân tán của các chất đó trong dầu và trong
nước. Nguồn tạo ra các chất hoạt động bề mặt là do việc sử dụng các chất tẩy rửa
trong sinh hoạt và trong một số ngành công nghiệp.

1.3.3.

Thành phần sinh học

Nhiều vi sinh vật gây bệnh có mặt trong nước thải có thể truyền hoặc gây bệnh
cho người. Chúng vốn không bắt nguồn từ nước mà cần có vật chủ để sống ký sinh,

9


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

phát triển và sinh sản. Một số các sinh vật gây bệnh có thể sống một thời gian khá dài
trong nước và là nguy cơ truyền bệnh tiềm tàng, bao gồm vi khuẩn, virus, giun sán.
Vi khuẩn: Các loại vi khuẩn gây bệnh có trong nước thường gây các bệnh về
đường ruột, như dịch tả (cholera) do vi khuẩn Vibrio comma, bệnh thương hàn
(typhoid) do vi khuẩn Salmonella typhosa...
Virus: có trong nước thải có thể gây các bệnh có liên quan đến sự rối loạn hệ
thần kinh trung ương, viêm tủy xám, viêm gan... Thông thường khử trùng bằng các

quá trình khác nhau trong các giai đoạn xử lý có thể diệt được virus.
Giun sán (helminths): Giun sán là loại sinh vật ký sinh có vòng đời gắn liền với
hai hay nhiều động vật chủ, con người có thể là một trong số các vật chủ này. Chất
thải của người và động vật là nguồn đưa giun sán vào nước. Tuy nhiên, các phương
pháp xử lý nước hiện nay tiêu diệt giun sán rất hiệu quả.

10


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỀ MÔ HÌNH AO VÀ CÔNG NGHỆ SINH
HỌC DÍNH BÁM
2.1. tổng quan về mô hình AO (Anoxic Oxic )
Các hợp chất chứa Nitơ trong nước thải có thể xử lý bằng nhiều phương pháp
khác nhau như: hóa học, vật lý hoặc sinh học. Dù bằng giải pháp nào thì cũng đều
phải dựa trên nguyên tắc là chuyển hóa chúng thành các hợp chất khác hoặc tách loại
chúng ra khỏi môi trường nước để chúng không tạo thành những chất độc với môi
trường.
Mô hình AO là một mô hình khá phổ biến để oxy hóa carbon với khử
ammonium từ nước thải. Mô hình này bao gồm hai phần thiếu khí và hiếu khí có tác
dụng xử lý triệt để COD, BOD và Nitơ trong nước thải.
2.1.1.

Bể Anoxic

Trong điều kiện thiếu khí, hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển xử lý Nitơ thông
qua quá trình khử Nitrat. Khử Nitrat là quá trình hô hấp kỵ khí mà trong đó Nitrat là

chất nhận điện tử. Khái niệm được đơn giản hóa hơn: sự khử Nitrat thường gặp khi
nguồn cung cấp oxy tự do đã bị cạn kiệt và chính Nitrat lại trở thành nguồn cung cấp
oxy cho vi sinh vật. Hai chủng loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là
Nitrosonas và Nitrobacter. Trong môi trường thiếu Oxi, các loại vi khuẩn này sẽ khử
Nitrat , tách Oxi của Nitrat và Notrit theo chuỗi chuyển hoá :
NO3- → NO2- → N2O → N2↑
Do khả năng hòa tan trong nước rất thấp nên khí nitơ luôn có xu hướng thoát ra
khỏi môi trường nước dưới dạng các bọt khí. Chúng có thể liên kết với bùn đáy trong
các bể lắng gạn (clarifier) và đó là nguyên nhân làm cho bùn nổi lên mặt nước.
Khử Nitrat tự dưỡng thường sử dụng trong xử lý nước cấp nhiều hơn nước thải.
Đối với quá trình khử Nitrat dị dưỡng, nguồn C có thể lấy từ nước thải, các tế
bào vi khuẩn hoặc từ nguồn C bên ngoài. Quá trình khử Nitrat dị dưỡng xảy ra với
tốc độ nhanh, thích nghi tốt với các hợp chất ức chế, đòi hỏi nồng độ hữu cơ cao và
nồng độ DO thấp hoặc không có. Các vi khuẩn hiện diện trong hệ thống là vi khuẩn
hiếu khí tùy nghi. Toàn bộ phản ứng bao gồm:

11


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

NO3- + 0,345 C10H19O3N + H+ + 0,267 NH4+ + 0,267 HCO3- 0,612 C5H7O2N
+ 0,5 N2 + 2,3 H2O + 0,655 CO2

Theo lý thuyết sẽ có 3,57 mg kiềm CaCO3 được tạo ra khi 1mg nitrat bị chuyển
sang dạng khí N2, khi nước thải được sử dụng như nguồn cung cấp C. Vì vậy, sự khử
Nitrat có thể lấy lại được khoảng một nửa lượng kiềm đã mất trong quá trình Nitrat
hóa và có thể khắc phục được tình trạng giảm pH. Các vi sinh vật khử Nitrat là sinh

vật dị dưỡng nên chúng dễ bị ảnh hưởng bởi sự thay đổi pH của môi trường. Nhìn
chung, tốc độ khử Nitrat sẽ bị giảm sút nếu pH dưới 6 hoặc trên 8.
Trong trường hợp CBOD trong nước thải không đủ để cung cấp C cho quá trình
khử Nitrat, thì nguồn C bên ngoài phải được cung cấp thêm, chủ yếu là methanol và
axetat. Lúc này, độ kiềm đã mất có thể hoặc không thể được thu hồi, phụ thuộc vào
tính chất hóa học của nguồn C được sử dụng.
2.1.2.

Bể Oxic

Bể hiếu khí là bể xử lý sử dụng chủng vi sinh vật hiếu khí để phân hủy chất thải.
Trong bể này, các vi sinh vật (còn gọi là bùn hoạt tính) sẽ hấp thụ Oxy,chất hữu cơ
(chất ô nhiễm) và sử dụng chất dinh dưỡng là Nitơ & Photpho để tổng hợp tế bào
mới, CO2, H2O và giải phóng năng lượng. Ngoài quá trình tổng hợp tế bào mới, tồn
tại phản ứng phân hủy nội sinh (Các tế bào vinh sinh vật già sẽ tự phân hủy) làm giảm
số lượng bùn hoạt tính. Tuy nhiên quá trình tổng hợp tế bào mới vẫn chiếm ưu thế do
trong bể duy trì các điều kiện tối ưu vì vậy số lượng tế bào mới tạo thành nhiều hơn
tế bào bị phân hủy và tạo thành bùn dư cần phải được thải bỏ định kỳ.
Các phản ứng chính xảy ra trong bể Oxic:
Quá trình Oxy hóa và phân hủy chất hữu cơ:
Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + năng lượng
Quá trình tổng hợp tế bào mới:
Chất hữu cơ + O2 + NH3 Tế bào vi sinh vật + CO2 + H2O + năng lượng
Quá trình phân hủy nội sinh:
C5H7O2N + O2  CO2 + H2O + NH3 + Energy

12


GVHD: PGS.TS Trương Thanh Cảnh

SVTH: Nguyễn Văn Đồng

Quá trình Nitrat hóa:
NH4+ + 1,89 O2 + 0,08 CO2  0,98 NO3- + 0,016 C5H7O2N + 0,95 H2O + 1,98 H+
Theo phương trình trên, để oxy hóa 20 mg/l N-NH4+ cần tiêu thụ 84,6 mg/l oxy
hòa tan, phá hủy 141,4 mg/l chất kiềm CaCO3 và tạo ra 2,6 mg/l các vi sinh vật nitrat
hóa. Vì vậy, quá trình Nitrat hóa có nhu cầu sử dụng oxy sinh hóa để oxy hóa N
(NBOD) rất cao, ngoài nhu cầu oxy sinh hóa để phân hủy chất hữu cơ (CBOD). Quá
trình này làm giảm pH nếu không có đủ đệm kiềm trong nước thải.
Các vi sinh vật tự dưỡng tham gia vào quá trình Nitrat hóa (sử dụng CO2 như
nguồn C để hình thành các mô tế bào) có tốc độ tăng trưởng thấp hơn so với các vi
sinh vật dị dưỡng (sử dụng C hữu cơ để hình thành tế bào). Vì vậy, tốc độ Nitrat hóa
được kiểm soát bởi quá trình oxy hóa bởi CBOD của các sinh vật dị dưỡng.
Khi có một tải trọng hữu cơ cao (CBOD) đi vào hệ thống, các vi khuẩn dị dưỡng
sẽ chiếm ưu thế. Hệ thống nitrat hóa do đó phải được thiết kế cho phép thời gian lưu
đủ để vi khuẩn Nitrat hóa trong hệ thống phát triển. Sinh vật dị dưỡng cũng có thể
đóng một vai trò quan trọng trong việc hạn chế vận chuyển oxy cho vi khuẩn Nitrat,
đặc biệt là trong hệ thống tăng trưởng bám dính. Sau khi cạnh tranh với các vi khuẩn
dị dưỡng, tốc độ của quá trình Nitrat hóa sẽ bị giới hạn bởi nồng độ ion amoni có sẵn
trong hệ thống.
Tốc độ tăng trưởng của vi khuẩn tham gia quá trình Nitrat hóa chịu ảnh hưởng
của nồng độ Oxy hòa tan (DO) và yêu cầu không được ít hơn 0,5 mg/l (nhu cầu tối
thiểu cho vi khuẩn sinh trưởng). Nồng độ oxy hòa tan khỏang 1 - 2 mg/lthường được
khuyến cáo là hợp lý cho họat động Nitrat hóa trong Aerotank.
Quá trình Nitrat hóa thường tạo ra Acide, làm cho pH môi trường giảm và do
đó có thể ức chế tăng trưởng của các vi khuẩn Nitrat hóa. Giới hạn pH tối ưu cho
Nitrosomonas và Nitrobacter nằm trong khỏang giữa 7,5 và 8,5. Quá trình Nitrat hóa
bị dừng lại ngay khi pH giảm xuống dưới 6,0.
Nhiệt độ cũng ảnh hưởng mạnh đến quá trình Nitrat hóa, sẽ đạt tốc độ cực đại

khi nhiệt độ nằm trong giới hạn từ 30 đến 35OC. Ở 40OC hoặc cao hơn tốc độ Nitrat
hóa giảm tới số 0.

13