nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ swim – bed có vùng thiếu khí (anoxic)

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

TÓM TẮT
Không chỉ riêng đối với Việt Nam mà trên toàn thế giới vấn đề môi trường vẫn luôn là
mối quan tâm hàng đầu xã hội. Vì vậy cần có sự cải tiến và phát triển công nghệ
không ngừng để có những công nghệ xử lý mới hiệu quả cao.Công nghệ Swim-bed ra
đời cùng với giá thể bio-fringe do công ty NET sản xuất, đã cho những kết quả khả
quan trong xử lý nước thải.
Đồ án được thực hiện trên mô hình nghiên cứu với qui mô phòng thí nghiệm với
nước thải sinh hoạt. Mô hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ Swim-bed có vùng hiếu
khí kết hợp thiếu khí trong xử lý nước thải sinh hoạt với mục đích đưa ứng dụng và
phát triển công nghệ Swim-bed vào nước ta. Mô hình nghiên cứu được khởi động và
tiến hành vận hành thích nghi. Giai đoạn thích nghi để tạo mật độ sinh khối ổn định
trên giá thể bám dính với nước thải sinh hoạt xử lý. Giai đoạn thích nghi kết thúc khi
nồng độ COD đầu ra ở các lần thí nghiệm khác nhau là gần bằng nhau hoặc chênh
lệch nhau không quá 10%. Giai đoạn thích nghi kết thúc sau 20 ngày bắt đầu khởi
động mô hình nghiên cứu. Sau giai đoạn thích nghi, tiến hành khảo sát hiệu suất xử lý
của mô hình nghiên cứu qua các tải trọng hữu cơ 0,8; 1,2; 1,6 kgCOD/m3.ngày. Kết
quả cho thấy mô hình nghiên cứu ứng dụng công nghệ Swim-bed có vùng hiếu khí kết
hợp thiếu khí trong xử lý nước thải sinh hoạt có hiệu quả xử lý chất hữu cơ cao. Hiệu
suất xử lý TKN, Ntuy ổn định nhưng chưa cao.
Tải trọng tối ưu là 1,2 kgCOD/m3.ngày với hiệu suất xử lý COD, BOD5, TSS, TKN,
Nlần lượt là 88,3%, 97%, 92,3%, 77,9%, 67,2%.với thời gian lưu là 6,5 giờ.
Vi sinh vật bám dính và phát triển tốt trên giá thể bio-fringe sau 80 ngày vận hành
lượng sinh khối bám dính trung bình có 0,37 g/nhánh (vùng hiếu khí), 0,07 g/nhánh
(vùng thiếu khí).

SVTH:Nguyễn Thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

ABSTRACT
Not only for Vietnam but worldwide environmental problems is still the top concern
of society. So there should be innovative and constantly developing technology.The
Swim-bed technology was born with bio-fringe NET production by the company,
given the results positive in wastewater treatment.
This diploma project is implemented on the model studies with laboratory scale with
domestic wastewater. Applied research models Swim-bed technology has combined
aerobic zone and anoxic zone in domestic wastewater treatment with the aim of
bringing the application and technology development in our country Swim-bed.
Model studies are started and operated on adaptation. Stage adaptation to create stable
biomass density on the substrate adhesion with waste water treatment. Adaptive phase
ends when the output COD concentration in the different experiments is almost equal
or differ no more than 10%. Adaptation period ends after 20 days started the research
model. After a period of adaptation, surveyed the processor performance of the model
studies via the organic load of 0.8; 1.2; 1.6 kgCOD/m3.day. The results showed that
the model applied research Swim-bed technology has the combined aerobic anoxic
treatment in domestic wastewater treatment effective organic matter. TKN removal
efficiency, Nbut not high but stable.
3

Optimal payload of 1.2 kgCOD/m .day with processor performance COD, BOD5,
TSS, TKN, N: 88.3%, 97%, 92.3%, 77.9 %, 67.2% .with retention time of 6.5
hours.
Microbial adhesion and good development on bio-scaffolds after 80 days of operation
fringe biomass average adhesion with 0.37 g/branch (aerobic zone), 0.07 g/branch
(anoxic zone ).

SVTH:Nguyễn Thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm
GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(Ký và ghi rõ họ tên)

PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

SVTH:Nguyễn Thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN

TP.Hồ Chí Minh, ngày tháng năm
GIẢNG VIÊN PHẢN BIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)

SVTH:Nguyễn Thị Thúy Hằng

GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT ..................................................................................... iv
DANH MỤC BẢNG .......................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH ...................................................................................................... vi
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
1. Đặt vấn đề ................................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu ................................................................................................1
3. Nội dung nghiên cứu ...............................................................................................1
4. Phƣơng pháp nghiên cứu .........................................................................................1
5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................2
6. Ý nghĩa nghiên cứu..................................................................................................2
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN ...........................................................................................3
1.1 TỔNG QUAN VỀ NƢỚC THẢI SINH HOẠT ...................................................3
1.1.1 Nguồn gốc nƣớc thải sinh hoạt .......................................................................3
1.1.2 Phân loại nƣớc thải sinh hoạt .........................................................................3
1.1.3 Các đặc trƣng về thành phần, tính chất của nƣớc thải sinh hoạt ....................4
1.2 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ ĐÃ VÀ ĐANG ĐƢỢC ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ
NƢỚC THẢI SINH HOẠT HIỆN NAY ....................................................................5
1.2.1 Xử lý bằng phƣơng pháp cơ học ....................................................................6
1.2.2 Xử lý bằng phƣơng pháp hóa học ..................................................................6
1.2.3 Xử bằng phƣơng pháp sinh học ......................................................................6
1.3 XỬ LÝ NƢỚC THẢI SINH HOẠT TẠI VIỆT NAM .......................................16
1.3.1 Tải lƣợng và chất lƣợng nƣớc thải sinh hoạt tại Việt Nam ..........................16
1.3.2 Hiện trạng ô nhiễm nƣớc thải sinh hoạt tại Việt Nam ..................................18

1.3.3 Một số công nghệ xử lý nƣớc thải tiêu biểu của cụm dân cƣ và các khu đô
thị tại Việt Nam .....................................................................................................19
1.4 ANOXIC ..............................................................................................................23
1.5 CÔNG NGHỆ SWIM-BED ................................................................................23
1.5.1 Giới thiệu ......................................................................................................23
1.5.2 Nguyên lý hoạt động ....................................................................................24
1.5.3 Ƣu nhƣợc điểm của công nghệ .....................................................................24
SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

i


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

1.5.4 Các nghiên cứu về công nghệ Swim-bed .....................................................25
CHƢƠNG 2 VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ................................28
2.1 ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU .............................................................................28
2.1.1 Nƣớc thải sinh hoạt khách sạn New World sài Gòn ....................................28
2.1.2 Giá thể sử dụng cho mô hình ........................................................................28
2.1.3 Bùn hoạt tính ................................................................................................29
2.2 MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ..................................................................................29
2.2.1 Cấu tạo mô hình............................................................................................29
2.2.2 nguyên lý hoạt động .....................................................................................32
2.3 PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .......................................................................33
2.3.1 Nội dung và trình tự thực hiện .....................................................................33
2.3.2 Xác định thông số của bùn ...........................................................................34
2.3.3 xác định các thông số đầu vào và đầu ra của nƣớc thải ...............................34
2.3.4 Tính toán và xử lý số liệu .............................................................................35

CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .....................................................................36
3.1 KHỞI ĐỘNG MÔ HÌNH VÀ QUAN SÁT SỰ BÁM DÍNH CỦA VI SINH
VẬT TRÊN GIÁ THỂ...............................................................................................36
3.2 KẾT QUẢ Ở GIAI ĐOẠN KHỞI ĐỘNG VÀ THÍCH NGHI ...........................36
3.2.1 Hiệu quả xử lý COD .....................................................................................36
3.2.2 Hiệu quả xử lý BOD5 ...................................................................................37
3.2.3 Hiệu quả xử lý TKN .....................................................................................38
4.2.4 Hiệu quả xử lý N-

.............................................................................38

4.2.5 Hiệu quả xử lý TSS ......................................................................................39
3.3 KẾT QUẢ Ở CÁC GIAI ĐOẠN VẬN HÀNH VỚI CÁC TẢI TRỌNG 0,8
KGCOD/M3.NGÀY, 1,2 KGCOD/M3.NGÀY, 1,6 KGCOD/M3.NGÀY.................40
3.3.1 Hiệu quả xử lý COD .....................................................................................40
3.3.2 Hiệu quả xử lý BOD5 ...................................................................................44
3.3.3 Hiệu quả xử lý TSS ......................................................................................46
3.3.4 Hiệu quả xử lý TKN .....................................................................................48
3.3.5 Hiệu quả xử lý N-

.............................................................................49

3.4 ĐÁNH GIÁ SINH KHỐI TẠO NHÀNH ...........................................................51
SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

ii


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

3.5 ĐỀ XUẤT SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC THẢI SINH HOẠT VỚI
CÔNG NGHỆ SWIM-BED ......................................................................................52
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................55
KẾT LUẬN ...............................................................................................................55
KIẾN NGHỊ ...............................................................................................................55
TÀI LIỆU THAM KHẢO .............................................................................................57
PHỤ LỤC ......................................................................................................................58
1. Phụ lục hình ...........................................................................................................58
2. Phụ lục bảng ..........................................................................................................61

SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

iii


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
BOD
Biochemical Oxygen Demand
Nhu cầu oxi sinh hóa
COD
Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxi hóa học
SVI
Sludge Volume Index
Chỉ số thể tích bùn
DO
Dissolved Oxygen
Lƣợng oxy hoà tan
TKN
Total Kjeldahl Nitrogen
Tổng Nitơ Kjeldahl
TSS
Total Suspended Solids
Tổng chất rắn lơ lửng
MLSS
Mixed Liquor Suspended Solid
Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng
của hỗn hợp bùn
MLVSS
Mixed Liquor Volatile
Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng
Suspended Solid
dễ bay hơi của hỗn hợp bùn
KDC
Khu dân cƣ
TP.HCM
Thành phố Hồ Chí Minh
Standard
Deviation
SD
Độ lệch chuẩn

SBR
Sequencing Batch Reactor
Bể lọc sinh học dạng mẻ
OLR
Organic Loading Rate
Tải trọng hữu cơ
CAS
Conventional Activated Sluge
Bùn hoạt tính truyền thống
Công nghệ màng vi sinh bám
MBBR
Moving Bed Biofilm Reactor
dính trên giá thể di động

FBR
BTNMT
QCVN

Fixed Bed Reactor

SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

Bộ Tài nguyên và Môi trƣờng
Quy chuẩn Việt Nam

iv


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1 Tải lƣợng ô nhiễm của nƣớc thải sinh hoạt ......................................................4
Bảng 1.2 Thành phần nƣớc thải sinh hoạt chƣa xử lý .....................................................5
Bảng 1.3 Một số giống chính trong quần thể vi khuẩn có trong bùn hoạt tính ...............9
Bảng 1.4 Điều kiện tối ƣu cho quá trình nitrat hóa .......................................................13
Bảng 1.5 Tiêu chuẩn thoát nƣớc bẩn tính theo đầu ngƣời.............................................16
Bảng 1.6 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc thải sinh hoạt đã qua bể tự hoại ........17
Bảng 1.7 Lƣợng chất bẩn 1 ngƣời trong 1 ngày xả vào hệ thống thoát nƣớc ...............18
Bảng 2.1 Thông số chất lƣợng nƣớc thải sinh hoạt đầu vào khách sạn New World Sài
Gòn ................................................................................................................................28
Bảng 2.2 Thông số kỹ thuật sợi giá thể bio-fringe ........................................................28
Bảng 2.3 Thông số kỹ thuật các thiết bị sử dụng cho mô hình nghiên cứu ..................32
Bảng 2.4 Các thông số vận hành mô hình nghiên cứu qua các tải trọng ......................34
Bảng 2.5 Các Phƣơng pháp phân tích nƣớc thải ...........................................................34
Bảng 3.1 Giá trị trung bình nồng độ các chất ô nhiễm nƣớc thải đầu vào và nƣớc thải
đầu ra ở tải trọng thích nghi...........................................................................................36
Bảng 3.2 Giá trị trung bình nồng độ các chất ô nhiễm nƣớc thải đầu vào và nƣớc thải
đầu ra sau xử lý ở các tải trọng vận hành. .....................................................................40
Bảng 3.3 Kết quả phân tích sinh khối cuối tải trọng 1,6 kgCOD/m3.ngày ..................51

SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

v


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1 Chu trình chuyển hóa Nitơ bởi vi sinh vật. ...................................................12
Hình 1.2 Sơ đồ khối dây chuyền xử lý nƣớc thải của trạm xử lý nƣớc thải thành phố
Cần Thơ. ........................................................................................................................19
Hình 1.3 Sơ đồ khối dây chuyền xử lý nƣớc thải của trạm xử lý nƣớc thải Tàu Hũ Bến Nghé – Đôi-Tẻ (TP.HCM). ....................................................................................20
Hình 1.4 Sơ đồ khối dây chuyền xử lý nƣớc thải trạm xử lý nƣớc thải KDC Tân Quy
Đông (TP.HCM) và trạm xử lý nƣớc thải KDC Nhị Xuân (TP.HCM).........................21
Hình 1.5 Sơ đồ dây chuyền xử lý xử lý nƣớc thải khu dân cƣ phức hợp sông Sài Gòn.
.......................................................................................................................................22
Hình 1.6 Mặt cắt ngang của vật liệu bio-fringe .............................................................24
Hình 2.1 Giá thể bio-fringe sử dụng trong nghiên cứu. ................................................29
Hình 2.2 Cấu tạo mô hình nghiên cứu. ..........................................................................30
Hình 2.3 Sơ đồ bố trí mô hình thí nghiệm .....................................................................31
Hình 2.4 Mô hình thí nghiệm thực tế. ...........................................................................31
Hình 3.1 Biến thiên nồng độ và hiệu quả xử lý COD ở giai đoạn thích nghi – OLR=
0,5 kgCOD/m3.ngày. .....................................................................................................37
Hình 3.2 Biến thiên nồng độ và hiệu quả xử lý BOD5 ở giai đoạn thích nghi – OLR=
0,5 kgCOD/m3.ngày. .....................................................................................................37
Hình 3.3 Biến thiên nồng độ và hiệu quả xử lý TKN ở giai đoạn thích nghi – OLR=
0,5 kgCOD/m3.ngày. .....................................................................................................38
Hình 3.4 Biến thiên nồng độ và hiệu quả xử lý Nở giai đoạn thích nghi –
3
OLR= 0,5 kgCOD/m .ngày. ..........................................................................................39
Hình 3.5 Biến thiên nồng độ và hiệu quả xử lý TSS ở giai đoạn thích nghi – OLR= 0,5
kgCOD/m3.ngày. ...........................................................................................................39
Hình 3.6 Biến thiên nồng độ và hiệu quả xử lý COD ở giai đoạn tải trọng OLR= 0,8
kgCOD/m3.ngày. ...........................................................................................................41
Hình 3.7 Biến thiên nồng độ và hiệu quả xử lý COD ở giai đoạn tải trọng OLR= 1,2
kgCOD/m3.ngày. ...........................................................................................................41

Hình 3.8 Biến thiên nồng độ và hiệu quả xử lý COD ở giai đoạn tải trọng OLR= 1,6
kgCOD/m3.ngày. ...........................................................................................................42
Hình 3.9 Biến thiên nồng độ COD đầu vào và đầu ra ở tất cả các giai đoạn tải trọng. 42

SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

vi


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

Hình 3.10 Biến thiên nồng độ và hiệu quả xử lý COD ở tất cả các giai đoạn tải trọng.
.......................................................................................................................................43
Hình 3.11 Biến thiên nồng độ và hiệu quả xử lý BOD5 ở tất cả các giai đoạn tải trọng.
.......................................................................................................................................45
Hình 3.12 Nồng độ BOD5 đầu ra so với QCVN 14:2008/BTNMT. .............................45
Hình 3.13 Biến thiên nồng độ BOD5 và nồng độ COD ở các giai đoạn tải trọng. ........46
Hình 3.14 Biến thiên nồng độ và hiệu quả xử lý TSS ở tất cả các giai đoạn tải trọng. 47
Hình 3.15 Nồng độ TSS đầu ra so với QCVN 14:2008/BTNMT. ................................47
Hình 3.16 Biến thiên nồng độ và hiệu quả xử lý TKN ở tất cả các giai đoạn tải trọng.
.......................................................................................................................................48
Hình 3.17 Biến thiên nồng độ TKN ở tất cả các giai đoạn tải trọng. ............................49
Hình 3.18 Biến thiên nồng độ NHình 3.19 Nồng độ N-

ở tất cả các giai đoạn tải trọng. ....................50

đầu ra so với QCVN 14:2008/BTNMT. .......................51

Hình 3.20 Giá thể bio-fringe sau khi vận hành 80 ngày................................................52
Hình 3.21 Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed. .....53

SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

vii


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Việt Nam có đặc thù là một nƣớc dân số đông, tỷ lệ gia tăng dân số cao so với thế giới.
Việc xử lý nƣớc thải sinh hoạt luôn đƣợc quan tâm bởi lƣợng nƣớc thải sinh hoạt cần
phải xử lý là vô cùng lớn. Nƣớc thải sinh hoạt là nguồn chất thải gây ô nhiễm môi
trƣờng nghiêm trọng nếu không đƣợc xử lý trƣớc khi xả thải ra ngoài môi trƣờng. Các
công nghệ xử lý nƣớc thải truyền thống có các nhƣợc điểm nhƣ tốn diện tích, giá thành
xây dựng và vận hành cao, khả năng xử lý các loại chất dinh dƣỡng (Nitơ, phốt pho)
thấp, tải lƣợng ô nhiễm thấp và lƣợng bùn thải tạo ra lớn... Để hạn chế các nhƣợc điểm
nhƣ trên, nhiều công nghệ xử lý nƣớc thải sinh hoạt mới đƣợc nghiên cứu và ứng dụng
trên thế giới nói chung cũng nhƣ ở Việt Nam nói riêng. Kenji Furukawa và cộng sự
thuộc trƣờng Đại học Tổng hợp Kumamoto đã nghiên cứu ra công nghệ mới xử lý
nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học Swim-bed. Theo nghiên cứu của Kenji
Furukawa và cộng sự công nghệ Swim-bed có hiệu quả xử lý có thể đạt 80% COD ở
tải trọng thể tích cao đến 12kg/m3.ngày với thời gian lƣu nƣớc ngắn, do đó sẽ có tính
khả thi khi áp dụng để xử lý nƣớc thải sinh hoạt. Trên cơ sở đó đề tài này sẽ nghiên
cứu xử lý nƣớc thải sinh hoạt theo công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)
với mô hình thử nghiệm trong phòng thí nghiệm.

2. Mục tiêu nghiên cứu
Đánh giá hiệu quả xử lý các chất hữu cơ và dinh dƣỡng trong nƣớc thải sinh hoạt theo
công nghệ Swim-bed với thiết kế vùng hiếu khí và thiếu khí giá thể nhúng chìm.
3. Nội dung nghiên cứu
-

-

Lắp đặt mô hình Swim - bed và vận hành thích nghi ở các tải trọng hữu cơ 0,5
kg COD/m3.ngày.
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý COD, BOD5, TKN, N, TSS của nƣớc
thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim - bed có vùng hiếu khí kết hợp thiếu khí
với các tải trọng hữu cơ 0,8; 1,2; 1,6 kgCOD/m3.ngày.
So sánh kết quả với QCVN 14:2008/BTNMT Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về
nƣớc thải sinh hoạt.
Đề xuất công nghệ xử lý nƣớc thải sinh hoạt áp dụng công nghệ Swim – bed có
vùng hiếu khí kết hợp thiếu khí.

4. Phƣơng pháp nghiên cứu
-

Tham khảo tổng hợp các tài liệu nghiên cứu trong và ngoài nƣớc.

SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

1


Đồ án tốt nghiệp

Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

-

Phƣơng pháp thực nghiệm vận hành mô hình Swim-bed có vùng hiếu khí và
thiếu khí với quy mô phòng thí nghiệm.
Phƣơng pháp phân tích, xử lý số liệu, vẽ đồ thị và viết báo cáo.

5. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
-

Nƣớc thải sinh hoạt thật lấy sau hầm tự hoại của Khách sạn New World sài Gòn
địa chỉ 76 Lê Lai, Bến Nghé, Quận 1, Hồ Chí Minh.
Giá thể: bio-fringe đƣợc sản xuất tại Nhật Bản.
Bùn hoạt tính đƣợc lấy từ bể hiếu khí của Khách sạn New World sài Gòn.
Nghiên cứu đƣợc thực hiện trên mô hình quy mô phòng thí nghiệm gồm có 4 tải
trọng hữu cơ : 0,5 kgCOD/m3.ngày, 0,8 kgCOD/m3.ngày,1,2 kgCOD/m3.ngày,
1,6 kgCOD/m3.ngày.

6. Ý nghĩa nghiên cứu
-

-

Đối với khoa học: công nghệ Swim-bed là sự kết hợp của quá trình lơ lửng và
quá trình sinh trƣởng bám dính. Điều này giúp nâng cao nồng độ và hoạt tính
của sinh khối. Từ đó tăng tốc độ phân hủy các chất hữu cơ của vi sinh vật, nâng
cao hiệu quả xử lý.
Đối với xã hội: với công nghệ Swim-bed giúp nâng cao hiệu quả xử lý chất ô
nhiễm trong nƣớc thải sinh hoạt nƣớc thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn về mặt môi

trƣờng. Ngoài ra, công nghệ này lƣợng bùn sinh ra thấp, thể tích công trình nhỏ,
tiết kiệm diện tích và dễ dàng nâng cao tải trọng xử lý.

SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

2


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1 TỔNG QUAN VỀ NƢỚC THẢI SINH HOẠT
1.1.1 Nguồn gốc nƣớc thải sinh hoạt
Các loại nƣớc thải sinh hoạt đƣợc hình thành từ quá trình sinh hoạt của con ngƣời nhƣ:
ăn uống, tắm giặt, vệ sinh…Sau khi trải qua công đoạn sử dụng, nƣớc bị ô nhiễm bởi
các hợp chất hữu cơ, vô cơ, vi sinh… và đƣợc thải ra hệ thống thu gom.
1.1.2 Phân loại nƣớc thải sinh hoạt
Ngƣời ta có thể phân loại nƣớc thải sinh hoạt theo nhiều cách khác nhau nhƣ: theo
nguồn gốc hình thành, theo đối tƣợng thoát nƣớc hoặc theo đặc điểm hệ thống thoát
nƣớc.
a. Phân loại theo nguồn gốc hình thành
Dựa theo nguồn gốc hình thành có thể chia nƣớc thải sinh hoạt thành 5 loại: nƣớc thải
phân, nƣớc tiểu, nƣớc tắm, giặt, rửa, nƣớc thải nhà bếp và các loại nƣớc thải khác.
Các loại nƣớc thải trên có khối lƣợng, thành phần và tính chất khác nhau. Tuy nhiên,
để thuận tiện cho việc xử lý và tái sử dụng, có thể phân các loại nƣớc thải trên thành 3
loại:
-

-

-

-

Nƣớc thải không chứa phân. Nƣớc tiểu và các loại thực phẩm. Nƣớc thải này
chủ yếu đƣợc thải ra từ các thiết bị vệ sinh nhƣ bồn tắm, chậu giặt, chậu rửa
mặt. Loại nƣớc thải này chủ yếu chứa các chất lơ lửng, các chất tẩy giặt và còn
đƣợc gọi là “nƣớc xám”. Nồng độ các chất hữu cơ trong nƣớc thải này thấp,
khó phân hủy sinh học và chứa nhiều tạp chất vô cơ.
Nƣớc thải chứa phân, nƣớc tiểu từ các khu vệ sinh còn đƣợc gọi là “nƣớc đen”.
Trong nƣớc thải này tồn tại các vi khuẩn gây bệnh và có mùi hôi thối. Hàm
lƣợng các chất hữu cơ, các chất dinh dƣỡng nhƣ nitơ, photpho cao. Loại nƣớc
thải này thƣờng gây nguy hại cho sức khỏe và dễ làm nhiễm bẩn nguồn nƣớc
mặt. Tuy nhiên, chúng thích hợp với việc làm phân bón hoặc tạo khí sinh học.
Nƣớc thải nhà bếp chứa dầu mỡ và phế thải thực phẩm từ nhà bếp, bồn rửa
chén. Nƣớc thải này có chứa hàm lƣợng lớn các chất hữu cơ và các nguyên tố
dinh dƣỡng khác nhau.
Một số nơi ngƣời ta nhóm loại thứ hai và thứ ba, gọi tên chung là “nƣớc đen”.

b. Phân loại theo đối tượng thoát nước
Dựa trên đối tƣợng thải nƣớc, ngƣời ta phân ra hai nhóm nƣớc thải:
SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

3

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

-

Nhóm nƣớc thải có nguồn gốc từ các hộ gia đình, khu dân cƣ.
Nhóm nƣớc thải từ các công trình công cộng, dịch vụ nhƣ nƣớc thải bệnh viện,
nƣớc thải khách sạn, nƣớc thải trƣờng học, nƣớc thải nhà ăn.
Mỗi nhóm nƣớc thải có lƣu lƣợng, chế độ xả nƣớc và thành phần, tính chất đặc
trƣng riêng.

c. Phân loại theo đặc điểm hệ thống thoát nước
Dựa trên đặ điểm hệ thống thoát nƣớc, ngƣời ta phân ra làm hai loại:
-

-

Nƣớc thải hệ thống thoát nƣớc riêng: là nƣớc thải ra từ các thiết bị vệ sinh thu
gom và vận chuyển về trạm xử lý theo tuyến cống riêng.
Nƣớc thải hệ thống thoát nƣớc chung: các loại nƣớc thải sinh hoạt (bƣớc xám
và nƣớc đen) cùng với nƣớc mƣa đợt đầu trong khu vực thoát nƣớc đƣợc thu
gom và vận chuyển theo đƣờng cống chung về trạm xử lý. Trong một số trƣờng
hợp nƣớc đen đƣợc xử lý sơ bộ qua các công trình nhƣ bể tách dầu, bể tự hoại
sau đó cùng với nƣớc xám xả vào hệ thống thoát nƣớc chung của thành phố.
Việc phân loại nƣớc thải theo hệ thống thoát nƣớc phụ thuộc vào đối tƣợng
thoát nƣớc, đặc điểm hệ thống thoát nƣớc của thành phố, điều kiện điều kiện
kinh tế xã hội của đô thị.

1.1.3 Các đặc trƣng về thành phần, tính chất của nƣớc thải sinh hoạt
Nƣớc thải sinh hoạt thƣờng chứa nhiều tạp chất khác nhau. Thành phần bao gồm 25%

chất hữu cơ, 48% chất vô cơ. Ngoài ra nƣớc thải sinh hoạt còn chứa nhiều loại vi sinh
gây bệnh và các độc tố của chúng nhƣ các loại vi rút, vi khuẩn gây bệnh tả lỵ, thƣơng
hàn…
Bảng 1.1 Tải lƣợng ô nhiễm của nƣớc thải sinh hoạt
Chỉ tiêu ô nhiễm
Hệ số tải lƣợng
Tải lƣợng ô nhiễm
(g/ngƣời.ngày)
(kg/ngày)
Chất rắn lơ lửng
70-145
89-184.5
2,4-4,8
3,1-6,2
Amoni (N)
BOD5 của nƣớc đã lắng
45-54
57,2-68,7
Nitơ tổng
6-12
7,6-15,2
Photpho tổng
0,8-4,0
1,02-5,1
COD
72-102
91,6-127,7
Dầu mỡ
10-30
12,7-38,1

Nguồn: Rapid Enviromental Assessment WHO – 1992
Ngoài ra, nƣớc thải sinh hoạt thƣờng chứa thành phần các chất dinh dƣỡng rất cao.
Nhiều trƣờng hợp lƣợng chất dinh dƣỡng này vƣợt quá nhu cầu sử dụng của các vi
sinh vật trong quá trình sử lý sinh học. Các chất hữu cơ trong nƣớc thải không phải
SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

4


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

đƣợc chuyển hóa hết bởi các vi sinh vật mà có khoảng 20 - 40% BOD không qua
chuyển hóa sinh học mà chuyển ra cùng với bùn lắng.
Nồng độ các chất ô nhiểm trong nƣớc thải sinh hoạt chƣa qua xử lý đƣợc thể hiện
trong bảng 1.2
Bảng 1.2 Thành phần nƣớc thải sinh hoạt chƣa xử lý
Thành phần
Đơn vị
Nồng độ
Thấp
Trung
Cao
bình
Chất rắn tổng cộng (TS)
mg/L
350
720
1200

Chất rắn hòa tan tổng cộng (TDS)
mg/L
250
500
850
Trong đó: Dạng cố định
mg/L
145
300
225
Dạng dễ bay hơi
mg/L
105
200
325
Chất rắn lơ lửng (SS)
mg/L
100
220
350
Trong đó: Dạng cố định (FSS)
mg/L
20
55
75
Dạng dễ bay hơi (VSS)
mg/L
80
165
275

Chất rắn có thể lắng
mg/L
5
10
20
Nhu cầu oxi sinh hóa (BOD5)
mg/L
110
220
400
Tổng carbon hữu cơ (TOC)
mg/L
50
160
290
Nhu cầu oxi hóa học (COD)
mg/L
250
500
1000
Nitơ tổng cộng
mg/L
20
40
85
Nitơ hữu cơ
mg/L
8
15
35

Amoniac tự do
mg/L
12
25
50
Nitrit
mg/L
0
0
0
Nitrat
mg/L
0
0
0
Photpho tổng cộng
mg/L
4
8
15
Photpho hữu cơ
mg/L
1
3
5
Photpho vô cơ
mg/L
3
5
10

Clorua
mg/L
30
5
100
Sunfat
mg/L
20
30
50
Độ kiềm (theo CaCO3)
mg/L
50
100
200
Dầu mỡ
mg/L
50
100
150
6
7
6
7
Tổng coliform
MPN/100mL 10 -10
10 -10 106-107
Các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi
mg/L
<100

100-400 >400
Nguồn: Metcalf and Eddy (2003) Wastewater engineering – Treatment and reuse.
1.2 MỘT SỐ CÔNG NGHỆ ĐÃ VÀ ĐANG ĐƢỢC ỨNG DỤNG ĐỂ XỬ LÝ
NƢỚC THẢI SINH HOẠT HIỆN NAY
Trong điều kiện thực tế và với đặc điểm về thành phần và tính chất nƣớc thải nhƣ đã
nêu ở phần trên, công nghệ xử lý nƣớc thải sinh hoạt phổ biến cho các cụm dân cƣ, đô
thị tại Việt Nam gồm các bƣớc xử lý cơ bản sau:

SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

5


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

1.2.1 Xử lý bằng phƣơng pháp cơ học
Gồm các thiết bị, công trình xử lý sơ bộ tại chỗ để tách các chất phân tán thô, đảm bảo
cho công trình xử lý phía sau hoạt động ổn định nhƣ: song chắn rác, bể lắng cát, bể
tách dầu…
1.2.2 Xử lý bằng phƣơng pháp hóa học
Xử lý nƣớc thải sinh hoạt bằng hóa học thƣờng là khâu cuối cùng trong dây chuyền
công nghệ xử lý trƣớc khi xả ra nguồn yêu cầu chất lƣợng cao hoặc khi cần thiết tái sử
dụng lại nƣớc thải. Trong công nghệ xử lý nƣớc thải sinh hoạt, phƣơng pháp xử lý hóa
học thƣờng đƣợc sử dụng là quá trình khử trùng nƣớc thải bằng chất clo.
1.2.3 Xử bằng phƣơng pháp sinh học
a. Định nghĩa và phân loại
Xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học dựa trên hoạt động sống của vi sinh
vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dƣỡng hoại sinh có trong nƣớc thải. Quá trình hoạt động

của chúng cho kết quả là các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn đƣợc khoáng hóa trở
thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản và nƣớc.
Các quá trình sinh học dùng trong xử lý nƣớc thải đều có xuất xứ tƣơng tự nhiên.
Nhờ thực hiện các biện pháp tăng cƣờng hoạt động của vi sinh vật trong các công
trình nhân tạo quá trình làm sạch các chất bẩn diễn ra nhanh hơn. Trong thực tế
ngƣời ta tiến hành xử lý nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh học ở điều kiện tự nhiên
và điều kiện nhân tạo tùy thuộc vào kinh phí, yêu cầu công nghệ, địa lý cùng hàng
loạt các yếu tố khác. Nhìn chung, các quá trình sinh học trong xử lý nƣớc thải gồm
5 nhóm chu trình chủ yếu là : quá trình hiếu khí, quá trình kỵ khí, quá trình thiếu
khí-anoxic, quá trình tùy tiện và quá trình ao hồ. Từ những quá trình chủ yếu này
lại thêm các quá trình phụ nhƣ quá trình sinh trƣởng lơ lửng, sinh trƣởng bám
dính…
Quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí đƣợc mô tả theo sơ đồ sau:
(CHO)nNS + O2  CO2 + H2O +

+ H2S + tế bào vi sinh vật +…H

Trong điều kiện hiếu khí
và H2S cũng bị phân hủy nhờ quá trình nitrat hóa,
sunfat hóa bởi vi sinh vật tự dƣỡng:
+ 2O2 
H2S + 2O2 

+ H2O + H
+ 2H+ + H

SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

6

Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

Hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí bao gồm quá trình dinh dƣỡng: vi sinh vật
sử dụng các chất hữu cơ, các chất dinh dƣỡng và các nguyên tố khoáng vi lƣợng
kim loại để xây dựng tế bào mới tăng sinh khối và sinh sản. So với các phƣơng
pháp kỵ khí thì phƣơng pháp hiếu khí có các ƣu điểm là những hiểu biết về quá
trình xử lý đầy đủ hơn, hiệu quả xử lý cao hơn và triệt để hơn, không gây ô nhiễm
thứ cấp nhƣ phƣơng pháp hóa học, hóa lý.
Cũng nhƣ quá trình kỵ khí, khi xử lý hiếu khí các chất bẩn phức tạp nhƣ: protein,
tinh bột, chất béo…sẽ bị thủy phân bởi các men ngoại bào cho các chất đơn giản là
các axit amin, các axit béo, các axit hữu cơ, các đƣờng đơn…Các chất đơn giản
này sẽ thấm qua màng bế bào và bị phân hủy tiếp tục hoặc chuyển hóa thành các
vật liệu xây dựng tế bào mới bởi quá trình hô hấp nội bào cho sản phẩm cuối cùng
là CO2 và H2O. Cơ chế quá trình xử lý hiếu khí gồm 3 giai đoạn:
Giai đoạn 1: oxi hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nƣớc thải để đáp ứng nhu cầu
năng lƣợng của tế bào
CxHyOzN + (x+y/4+z/3+3/4)O2 →

CO2 + [(y-3)/2]H2O + NH3

Giai đoạn 2 (quá trình đồng hóa): tổng hợp để xây dựng tế bào
CxHyOzN + NH3 + O2 →

xCO2 + C5H7NO2

Giai đoạn 3 (quá trình dị hóa): hô hấp nội bào
C5H7NO2 + 5H2O →

NH3 + O2 →

xCO2 + H2O

O2 + HNO2 + HNO3

Khi không đủ chất dinh dƣỡng quá trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu
xảy ra bằng sự tự oxi hóa chất liệu tế bào.
b. Các yếu tố ảnh hưởng
Quá trình xử lý hiếu khí chịu ảnh hƣởng nồng độ bùn hoạt tính tức phụ thuộc vào
chỉ số bùn. Chỉ số bùn càng nhỏ thì nồng độ bùn cho vào công trình xử lý càng
nhiều và ngƣợc lại. Nồng độ oxi cũng ảnh hƣởng đến quá trình này. Khi tiến hành
quá trình cần phải cung cấp đầy đủ lƣợng oxi một cách liên tục sao cho lƣợng oxi
hòa tan trong nƣớc ra khỏi bể lắng đợt 2 ≥ 2mg/L.
Khác với quá trình kỵ khí, tải trọng hữu cơ trong quá trình hiếu khí thƣờng thấp
hơn nên nồng độ các chất hữu cơ trong nƣớc thải qua Aerotank có BOD phải ≤
1000 mg/L còn trong bể lọc sinh học thì BOD toàn phần của nƣớc thải ≤ 500mg/L.
Ngoài ra, trong nƣớc thải cũng cần có đủ các nguyên tố vi lƣợng, nguyên tố dinh
SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

7


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

dƣỡng. Thông thƣờng các nguyên tố vi lƣợng nhƣ K, Na, Mg, Ca, Mn, Fe, Mo, Ni,
Co, Zn, Cu, S, Cl… có đủ trong nƣớc thải. Tùy theo hàm lƣợng cơ chất hữu cơ
trong nƣớc thải mà có yêu cầu về nồng độ các nguyên tố dinh dƣỡng cần thiết là

khác nhau. Nói chung, khi cân bằng dinh dƣỡng cho vi sinh vật trong nƣớc thải cần
quan tâm chỉ số BOD5:N:P. Tỷ số này đƣợc đề xuất là 100:5:1 đối với công trình
xử lý hiếu khí tích cực. Nếu thời gian xử lý là 20 ngày đêm thì giữ ở tỷ lệ là
200:5:1.
Bùn hoạt tính có khả năng hấp thụ muối của các kim loại nặng. Khi đó hoạt tính
sinh học của bùn giảm, bùn sẽ bị trƣơng phồng khó lắng do sự phát triển mãnh liệt
của vi khuẩn dạng sợi chỉ. Vì vậy nồng độ các chất độc và các kim loại nặng trong
nƣớc thải phải nằm trong giới hạn cho phép.
Độ pH và nhiệt độ môi trƣờng là các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lý sinh học
nƣớc thải. Mỗi loại men khác nhau sẽ có một pH thích hợp khác nhau. Giá trị pH
tối ƣu cho đa số vi sinh vật từ 6,5-8,5. Nếu pH<5 sẽ thúc đẩy nấm phát triển. Nếu
pH>9 sẽ phá hủy cân bằng nguyên sinh chất tế bào, vi sinh vật sẽ chết.
Mỗi loại men có một nhiệt độ thích hợp khác nhau. Nhiệt độ này không phải là
hằng số mà phụ thuộc vào cơ chất, Ph, nồng độ men, nguồn gốc men. Nƣớc thải có
nhiệt độ thích nghi với đa số vi sinh vật tối ƣu từ 25-370C. Ngoài ra, quá trình xử lý
hiếu khí còn phụ thuộc vào quá trình nồng độ muối vô cơ, lƣợng chất lơ lửng chảy
vào bể xử lý cũng nhƣ các vi sinh vật và cấu trúc chất bẩn hữu cơ.
c. Quá trình sinh trưởng lơ lửng – bùn hoạt tính
Trong nƣớc thải, sau một thời gian làm quen, các tế bào vi khuẩn bắt đầu tăng
trƣởng, sinh sản, phát triển. Nƣớc thải bao giờ cũng có các loại chất rắn lơ lửng
khó lắng. Các tế bào vi khuẩn sẽ dính vào các hạt lơ lửng này và phát triển thành
các hạt bông cặn có hoạt tính phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn nƣớc thể hiện
bằng BOD. Các hạt bông này nếu đƣợc thổi khí và khuấy đảo sẽ lơ lửng trong nƣớc
và đƣợc lớn dần lên do hấp thụ nhiều hạt chất rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh vật,
nguyên sinh động vật và các chất độc. Những hạt bông này khi ngừng thổi khí hoặc
các chất hữu cơ làm cơ chất dinh dƣỡng cho vi sinh vật trong nƣớc cạn kiệt chúng
sẽ lắng xuống đáy bể hoặc hồ tạo thành bùn. Bùn này đƣợc gọi là bùn hoạt tính.
Bùn hoạt tính bao gồm những vi sinh vật sống kết lại thành dạng hạt hoặc dạng
bông với trung tâm là các chất nền rắn lơ lửng (40%). Chất nền trong bùn hoạt tính
có thể đến 90% thành phần chất rắn của rêu, tảo. Bùn hiếu khí ở dạng bông bùn

vàng nâu, dễ lắng là hệ keo vô định hình còn bùn kỵ khí ở dạng bông hoặc dạng hạt
màu đen. Những vi sinh vật sống trong bùn là những vi khuẩn đơn bào hoặc đa
SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

8


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

bào, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, các động vật nguyên sinh và động vật cấp thấp
nhƣ dòi, giun, đôi khi là ấu trùng sâu bọ. vai trò cơ bản trong quá trình làm sạch
nƣớc thải của bùn hoạt tính là vi khuẩn có thể chia ra thành 8 nhóm:
-

Alkaligenes – Achromobacter
Pseudomonas
Enterbacteriaceae
Athrobacter bacillus
Cytophaga – Flavobacterium
Pseudomonas – Vibrioaeromonas
Achrobacter
Hỗn hợp các vi khuẩn khác: Ecoli, Micrococus

Bảng 1.3 Một số giống chính trong quần thể vi khuẩn có trong bùn hoạt tính
STT
Vi khuẩn
Chức năng
1

Pseudomonas
Phân hủy hidratcacbon, protein, các chất hữu cơ
khác và phản nitrat hóa
2
Achrobacter
Phân hủy hidratcacbon
3
Bacillus
Phân hủy hidratcacbon, protein,…
4
Cytophaga
Phân hủy các polymer
5
Zooglea
Tạo thành chất nhầy (polisaccarit), chất keo tụ
6
Acinetobacter
Tích lũy polyphosphat, phản nitrat
7
Nitrosomonas
Nitrit hóa
8
Nitrobacter
Nitrat hóa
9
Sphaerotilus
Sinh nhiều tiêu mao, phân hủy các chất hữu cơ
10 Alkaligenes
Phân hủy protein, khử nitrat
11 Flavobacterium

Phân hủy protein
12 Nitrococus denitrificans
13 Thiobaccillus denitrificans
Khử nitrat (khử nitrat thành N2)
14 Acinetobacter
15 Hyphomicrobium
16 Desulfovibrio
Khử sunfat, khử nitrat
Nguồn:Lương Đức Phẩm, Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học
Bông bùn hoạt tính chứa những tế bào vi khuẩn cũng nhƣ các hạt hữu cơ và vô cơ.
Bông bùn có kích thƣớc thay đổi từ <1µm (kích thƣớc của một tế bào vi khuẩn) cho
đến 1000 µm hay hơn nữa. Những tế bào còn sống trong bông bùn đƣợc đo lƣờng bởi
hoạt tính ATP và hydrogenase chiếm khoảng 5-20% tổng số tế bào. Một số nhà nghiên
cứu cho rằng phần vi khuẩn còn sống trong bông bùn hoạt tính chỉ chiếm khoảng 1-3%
tổng số vi khuẩn. Sau đây là những vi khuẩn chính đƣợc tìm thấy trong bùn hoạt tính.

SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

9


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

d. Quá trình sinh trưởng bám dính màng sinh học
Trong dòng nƣớc thải có những vật rắn làm giá đỡ, các vi sinh vật sẽ dính bám trên bề
mặt. Trong số các vi sinh vật có những loài sinh ra các polysaccarit có tính chất nhƣ
chất dẻo tạo thành màng (màng sinh học). Màng này cứ dày lên và thực chất đây là
sinh khối vi sinh vật bám dính hay cố định trên các chất mang. Nhƣ vậy, màng sinh

học là tập hợp các loài vi sinh vật khác nhau, có hoạt tính oxi hóa các chất hữu cơ có
trong nƣớc khi tiếp xúc với màng. Màng dày 1-3mm và hơn nữa. Màu màng thay đổi
theo thành phần nƣớc thải từ màu vàng xám đến màu nâu tối.
Màng sinh học đƣợc tạo thành chủ yếu là các vi khuẩn hiếu khí và các phin lọc sinh
học là công trình làm sạch nƣớc hiếu khí, nhƣng thực ra phải coi đây là hệ tùy tiện.
Ngoài các vi khuẩn hiếu khí, màng còn có các vi khuẩn tùy tiện và kỵ khí. Ở ngoài
cùng lớp màng là lớp hiếu khí, rất dễ thấy là trực khuẩn bacillus. Lớp trung gian là vi
khuẩn tùy tiện nhƣ Pseudomonas, Alkaligenes, Flavobacterium, Micrococus và
Bacillus. Lớp sâu bên trong màng là kỵ khí, thƣờng thấy có vi khuẩn kỵ khí khử lƣu
huỳnh và khử nitrat Desulfovibrio. Nhƣ vậy hệ vi sinh vật trong màng sinh học của
phin lọc là các thể tùy tiện.
Các vi sinh vật trên màng sinh học sẽ phân hủy các chất hữu cơ và tăng trƣởng, việc
tăng chiều dày của màng màng sinh học sẽ làm hạn chế việc khuếch tán của oxi hòa
tan vào phía bên trong màng sinh học và tạo thành những khu vực kỵ khí bên trong
màng. Nếu màng quá dày, các vi sinh vật bên trong màng có thể bị thiếu chất nền và
chúng sẽ chuyển sang giai đoạn phân hủy nội bào, sau đó sẽ xảy ra hiện tƣợng bong
tróc các màng sinh học, quá trình hình thành màng sinh học mới sẽ tái diễn nhƣng cần
một khoảng thới gian.
Các loại bể xử lý sinh học có giá thể bể sinh học nhỏ giọt (trickling filter), bể lọc cao
tải, tháp lọc sinh học, đĩa quay sinh học và các loại bể lọc ngầm có dòng chảy từ trên
xuống hay từ dƣới lên. Các loại bể sinh học xử lý này đƣợc dùng để oxi hóa chất hữu
cơ, nitrat hóa nƣớc thải, khử nitrat hay phân hủy các chất hữu cơ trong điều kiện hiếu
khí.

-

Xử lý nƣớc thải bằng quá trình vi sinh vật bám dính có những ƣu điểm sau:
Tạo điều kiện cho những vi sinh vật có tốc độ tăng trƣởng chậm phát triển (ví
dụ: vi khuẩn sinh mêtan).
Ít chịu tác động của sự biến động do nạp theo chu kỳ.

Thích hợp với các nhà máy xử lý nƣớc thải quy mô nhỏ.
Bể lọc cinh học có chi phí vận hành thấp hơn so với bể bùn hoạt tính.

SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

10


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

Tuy nhiên đối với các trạm xử lý nƣớc thải có thể xuất hiện hiện tƣợng tắt nghẽn sinh
học do sự phát triển quá độ của vi sinh vật trên bề mặt giá thể. Hiện tƣợng này có thể
giải quyết bằng các biện pháp hóa học hay lý học hoặc kết hợp cả hai. Các biện pháp
lý học bao gồm việc sử dụng các biện pháp vật lý để loại bỏ bớt màng sinh học ví dụ
nhƣ tăng hoàn lƣu nƣớc để tăng khả năng phá vỡ hiện tƣợng tắt nghẽn hay sử dụng
năng lƣợng siêu âm… Các phƣơng pháp hóa học bao gồm việc sử dụng các chất oxi
hóa nhƣ peroxide, halogen, ozone, hay các chất diệt khuẩn nhƣ các chất hoạt động bề
mặt,…
e. Xử lý nitơ, photpho bằng phương pháp sinh học
Nitơ và photpho có trong nƣớc thải nhƣ là các chất dinh dƣỡng cùng với BOD làm các
chất để vi sinh vật xây dựng tế bào và cũng là nguồn thức ăn thích hợp cho các loài tảo
hoặc thực vật thủy sinh khác nhƣ: bèo tấm, bèo cái, bèo tây…với nguồn dinh dƣỡng
cacbon là CO2 .
Khi hàm lƣợng N-NH3, N, P trong nƣớc dƣ thừa sẽ gây nên hiện tƣợng “phú
dƣỡng hóa” nguồn nƣớc làm cho rong, tảo và một số thực vật nƣớc “bùng nổ”, sinh
trƣởng và phát triển quá độ gây ảnh hƣởng xấu đến chất lƣợng nƣớc sinh hoạt và các
thủy vực nuôi trồng thủy sản. Ncó thể gây bệnh thiếu máu cho ngƣời ở nồng độ
cao và nó là một tiền chất của N-nitroso, Nitrosamin là những chất có khả năng gây

ung thƣ mạnh hiện nay. Phƣơng pháp thực tiễn duy nhất và hiệu quả nhất để kiểm soát
quá trình phú dƣỡng hóa là tập trung kiểm soát lƣợng Photpho và nitơ trong nƣớc.

SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

11


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

e1. Khử nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học
Kết hợp cố định N2 phân tử
Nitơ hữu cơ động, thực vật
(Protein, peptit, axit amin…), urê
Thủy phân và oxi
hóa do vi khuẩn

Tự phân

Amon hóa
N-NH4 +

Nitrosomonas

Đồng hóa

Nitơ trong thành phần
tế bào vi khuẩn

Tế bào vi khuẩn chết

Oxi hóa nội sinh

O2
Nitrat hóa

NO2Nitrobacter

Khử Nitrat
(P.denitrificans, B.lichenifomis,
Thiobacillus denitrificans).

O2
NO3-

NO2-

NO

N2O

Nitơ phân tử (N2)
CO2 + H2O

Anoxic
Cacbon hữu cơ

Phản Nitrat hóa

Hình 1. 1 Chu trình chuyển hóa Nitơ bởi vi sinh vật.
 Nitrat hóa bằng phƣơng pháp sinh học
Khi khử amonia
Bƣớc 1:

) bằng phƣơng pháp sinh hóa,

bị oxi hóa thành

+ 1,5O2 →
Bƣớc 2: oxi hóa

bị oxi hóa theo 2 bƣớc:

do tác động của vi khuẩn nitrit hóa theo phản ứng:
+ 2H+ + H2O

thành

do tác động của vi khuẩn nitrat hóa:

+ 0,5O2 →
Tổng hợp quá trình chuyển hóa
+ 2O2 

thành

+ 2H+ + H2O

Khoảng 20-40%
có thể viết nhƣ sau:

bị đồng hóa thành vỏ tế bào. Phản ứng tổng hợp thành sinh khối

4CO2 +

+ H2O  C5H7O2N + 5O2

+

C5H7O2N biểu diễn tế bào vi khuẩn đã đƣợc tổng hợp thành.
SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

12


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

Có thể tổng hợp các quá trình trên bằng phản ứng sau:
+ 1,731O2 + 1,962

 0,038C5H7O2N + 1,077H2O + 1,769H2CO3

Bảng 1.4 Điều kiện tối ƣu cho quá trình nitrat hóa
Điều kiện
Thống số thiết kế
Khoảng pH cho phép (95% nitrat hóa)

7,2-8,4
0
Nhiệt đố cho phép (95% nitrat hóa), C
15-35
Niệt độ tối ƣu, 0C (ƣớc tính)
30
Oxi hòa tan ở lƣu lƣợng tối đa, mg/L
>1
MLVSS, mg/L
1200-2500
Kim loại nặng ức chế quá trình nitrat hóa (Cu, Zn, Cd, Ni,
<5mg/L
Pb, Cr)
Các chất độc hữu cơ ức chế quá trình nitrat hóa
- Các hợp chất phenol có halogen
0mg/L
- Các dung môi halogen
0mg/L
- Phenol và cresol
<20mg/L
- Cyanide và tất cả những hợp chất giải phóng acid
<20mg/L
hydrocyanide
Nhu cầu oxi (tính đẳng lƣợng, lb O2/lb N-NH3, cộng với nhu
4,6
cầu oxi carbonacceous – oxi hóa các chất hữu cơ do vi sinh
vật heterotrophic)
Nguồn:PGS.TS Nguyễn Văn Phước, Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
Các vi khuẩn nitrat hóa thƣờng nhạy cảm hơn các vi khuẩn dị dƣỡng và dễ bị ảnh
hƣởng bởi các thay đổi khác nhau của các chất ức chế hữu cơ và vô cơ.

Trong bể bùn hoạt tính có nhiều vi sinh vật tham gia vào quá trình phân hủy chất hữu
cơ và có khả năng tham gia quá trình nitrat hóa N, trong đó các vi khuẩn phân
hủy chất hữu cơ chiếm phần lớn (90-97%) và chỉ có khoảng 3-10% là các vi khuẩn
nitrat hóa.
 Khử nitrat bằng biện pháp sinh học
Hai cơ chế quan trọng nhất của sự khử nitrat sinh học là khử nitrat đồng hóa và dị hóa.
Khử nitrat đồng hóa
Bằng cơ chế này nitrat đƣợc chuyển thành nitrit và
do vi sinh vật và thực vật.
Chúng bao gồm vài enzym chuyển
 NH3, mà sau đó tạo thành các protein và
acid nucleic. Khử nitrat đƣợc thực hiện bởi rất nhiều enzym khử nitrat đồng hóa, mà
hoạt tính của chúng không bị ảnh hƣởng bởi oxi. Một số vi sinh vật nhƣ Pesudomonas
aeruginosa có cả enzym khử nitrat đồng hóa và enzym khử nitrat dị hóa mà chúng rất
nhạy cảm với oxi. Hai enzym đƣợc mã hóa bởi 2 gen khác nhau.
SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

13


Đồ án tốt nghiệp
Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ Swim-bed có vùng thiếu khí (Anoxic)

Khử nitrat dị hóa
Đây là quá trình hô hấp kỵ khí mà
là chất nhận điện tử.
đƣợc khử đến N2O
và N2. Sự giải phóng N2 là sản phẩm ƣu thế của quá trình khử nitrat dị hóa. Tuy nhiên,
nitơ hòa tan ít trong nƣớc, do đó chúng có khuynh hƣớng thoát ra nhƣ các bong bóng

nổi lên. Những bong bóng này có thể chặn sự lắng của bùn trong bể lắng. các vi sinh
vật liên quan trong quá trình khử khử nitrat dị hóa là các vi sinh vật tự dƣỡng hoặc dị
dƣỡng hiếu khí mà chúng có thể chuyển sang tăng trƣởng kỵ khí khi nitrat đƣợc dùng
làm chất nhận điện tử. Khử nitrat dị hóa đƣợc thực hiện theo trình tự sau đây:

→

→

NO →

N2 O →

N2

Các vi khuẩn khử nitrat có thể là quang dƣỡng phototroph hoặc lithoroph hóa dƣỡng
vô cơ hoặc organotroph hóa dƣỡng hữu cơ và có thể sử dụng các nguồn năng lƣợng
khác nhau(hợp chất vô cơ/hữu cơ hoặc ánh sáng).
Oxid nitơ (N2O) có thể có đƣợc trong quá trình khử nitrat trong nƣớc thải, dẫn đến sự
loại bỏ không hoàn toàn nitrat. Khí N2O là chất gây ô nhiễm không khí, cần ngăn chặn
hoặc ít nhất cũng cố gắng giảm thiểu sự sản sinh chất này. Ở một số điều kiện, có thể
đến 8% nitrat đƣợc chuyển thành N2O, và điều kiện thích hợp cho chúng là tỷ số
COD/Nthấp, thời gian lƣu bùn ngắn và pH thấp.
e2. Khử photpho trong nước thải bằng phương pháp sinh học
Trong những năm 1960 Shapiro và các cộng sự đã chứng minh đƣợc vai trò của các vi
sinh vật trong việc hấp thu và phóng thích photpho trong bể bùn hoạt tính. Kể từ đó
ngƣời ta giải thích quá trình khử photpho theo 2 cơ chế:
-

Vi sinh vật đóng vai trò trung gian trong việc kết tủa photpho hóa học;

Vi sinh vật đóng vai trò trung gian trong việc hấp thu photpho.
Vi sinh vật đóng vai trò trung gian trong việc kết tủa photpho hóa học

ở đầu bể bùn hoạt tính các hoạt động của vi sinh vật làm cho pH nƣớc thải giảm xuống
tạo điều kiện hòa tan photphat. Ở cuối bể bùn hoạt tính các hoạt động của vi sinh vật
làm pH tăng trở lại dẫn đến việc photphat kết tủa và kết dính với bùn sinh học (Menard
và Jenkins, 1970). Cơ chế này còn xảy ra trong các bể lọc sinh học khử nitrat, do quá
trình khử nitrat là quá trình tạo lại độ kiềm cho nƣớc thải dẫn đến pH sẽ tăng và sau đó
canxi photphat sẽ kết tủa trong màng sinh học (Arvin và Kristensen, 1983). Việc kết
tủa photphat cũng có thể xảy ra khi nồng độ photphat tăng (do sự phóng thích P từ các
nguồn polyphotphat) trong điều kiện kỵ khí.
Thúc đẩy quá trình sinh học hấp thu photphoThúc đẩy quá trình sinh học hấp thu
photpho là kết quả hoạt động của các vi sinh vật trong bể bùn hoạt tính (Toerien
SVTH: Nguyễn thị Thúy Hằng
GVHD: PGS.TS Lê Hoàng Nghiêm

14