Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho công đoạn xử lý nước thải cho nhà máy bia thanh hóa công suất 2000 m3 ngày đêm

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

“Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho công đoạn
xử lý nước thải cho nhà máy bia Thanh Hóa
công suất 2000 m3 /ngày đêm”

Giáo viên hướng dẫn:

Hà nội, 4/2019

MỤC LỤC

Th.S Hoàng Quốc Xuyên


MỤC LỤC.............................................................................................................................. 2
DANH MỤC HÌNH ẢNH......................................................................................................5
LỜI NÓI ĐẦU........................................................................................................................7
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI.................................9
1.1. Khái quát về nước thải và tầm quan trọng của việc xử lý nước thải (XLNT)...............9
1.1.1. Khái niệm về nước thải...........................................................................................9
1.1.2. Thành phần lý hóa học của nước thải...................................................................10
1.1.2.1. Tính chất vật lý...............................................................................................10
1.1.2.2. Tính chất hóa học...........................................................................................10
1.1.3. Tầm quan trọng của việc xử lý nước thải.............................................................11
1.1.3.1. Trên lĩnh vực kinh tế......................................................................................11

1.1.3.2. Trên lĩnh vực xã hội........................................................................................12
1.1.4. Các thông số đánh giá ô nhiễm.............................................................................13
1.1.5. Các phương pháp xử lý nước thải.........................................................................16
1.1.5.1. Phương pháp xử lý tự nhiên...........................................................................16
1.1.5.2. Phương pháp xử lý cơ học..............................................................................16
1.1.5.3. Phương pháp xử lý bằng công nghệ sinh học.................................................19
1.1.5.4. Phương pháp xử lý bằng hóa học và hóa lý....................................................25
1.2. Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải....................................................................27
1.3. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải của nhà máy bia...................................27
1.3.1. Bể thu nước thải...................................................................................................28
1.3.2. Bể gom (Bể điều hòa)...........................................................................................29
1.3.3. Bể cân bằng và bể khuấy......................................................................................29
1.3.4. Bể kỵ khí 1 và bể trung gian.................................................................................30
1.3.5. Bể xử lý kỵ khí 2..................................................................................................31
1.3.6. Bể hiếu khí............................................................................................................ 32
1.3.7. Bể lắng.................................................................................................................. 33
1.4. Kết luận chương 1.......................................................................................................34
CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ PHẦN MỀM ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG...........................35
2.1. Giới thiệu PLC S7-1200.............................................................................................35
2.1.1. Khái niệm và giới thiệu chung..............................................................................35
2.1.2. Cấu tạo của CPU..................................................................................................36


2.1.3. Module mở rộng PLC S7-1200.............................................................................37
2.1.4. Giao tiếp...............................................................................................................37
2.2. Phần mềm TIA Portal..................................................................................................38
2.2.1. Giới thiệu chung...................................................................................................38
2.2.2. Làm việc với phần mềm Tia Portal.......................................................................39
2.2.2.1. Giới thiệu SIMATIC STEP 15 Basic – tích hợp lập trình PLC và HMI.........39
2.2.2.2. Kết nối qua giao thức TCP/IP.........................................................................40

2.2.2.3. Cách tạo một Project......................................................................................40
2.2.2.4. TAG của PLC / TAG local..............................................................................44
2.2.3. Làm việc với một trạm PLC.................................................................................46
2.2.3.1. Quy định địa chỉ IP cho module CPU.............................................................46
2.2.3.2. Đổ chương trình xuống CPU..........................................................................46
2.2.3.3. Giám sát và thực hiện chương trình................................................................47
2.2.4. Kỹ thuật lập trình..................................................................................................48
2.2.4.1. Vòng quét chương trình..................................................................................48
2.2.4.2. Cấu trúc lập trình............................................................................................49
2.3. Các thiết bị khác được sử dụng trong hệ thống...........................................................51
2.3.1. Contactor..............................................................................................................51
2.3.2. Aptomat................................................................................................................52
2.3.3. Cảm biến đo nồng độ oxy hòa tan DO..................................................................54
2.3.4. Cảm biến đo độ PH...............................................................................................56
2.3.5. Cảm biến mức.......................................................................................................57
2.3.6. Các loại động cơ sử dụng trong hệ thống..............................................................58
2.4. Chương trình điều khiển.............................................................................................61
2.4.1. Yêu cầu công nghệ của hệ thống..........................................................................61
2.4.2. Lưu đồ thuật toán điều khiển hệ thống.................................................................62
2.4.3. Chương trình PLC................................................................................................63
2.4.3.1. MAIN.............................................................................................................63
2.4.3.2. KHỐI FB DO_LUONG.................................................................................69
2.4.3.3. KHỐI FC XU_LY_ANALOG........................................................................73
2.4.3.4. KHỐI FB DIEU_KHIEN...............................................................................75
2.4.3.5. KHỐI FB AUTO_MOD.................................................................................81


2.4.3.6. KHỐI FC TINH_THOI_GIAN....................................................................100
2.4.3.7. KHỐI FB MANUAL_MOD........................................................................101
2.4.3.8. KHỐI FC MANUAL....................................................................................111

2.4.3.9. KHỐI FC WIRING......................................................................................112
2.4.3.10. KHỐI FC DEFAULT_BUT........................................................................115
2.4.3.11. KHỐI FB HMI_ALARM...........................................................................121
2.4.3.12. KHỐI FC LS_ALARM..............................................................................127
2.4.3.13. CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN PID NỒNG ĐỘ OXY HÒA TAN BỂ
HIẾU KHÍ.................................................................................................................128
2.5. Kết luận chương 2.....................................................................................................129
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT CHO HỆ THỐNG......130
3.1. Giới thiệu phần mềm WinCC....................................................................................130
3.1.1. Tổng quan về phần mềm WinCC........................................................................130
3.1.2. Cấu trúc của WinCC...........................................................................................131
3.1.2.1. Control Center..............................................................................................131
3.1.2.2. Những module chức năng.............................................................................131
3.1.3. Các thành phần của dự án (Project)....................................................................132
3.1.4. Cách tạo một dự án.............................................................................................133
3.1.5. Thiết kế giao diện...............................................................................................137
3.1.6. Chạy chương trình..............................................................................................141
3.1.7. Kết luận chương 3..............................................................................................142
CHƯƠNG 4. MÔ HÌNH THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC..........................143
4.1. Xây dựng mô hình....................................................................................................143
4.2. Kết quả đạt được.......................................................................................................145
4.3. Phương hướng phát triển của đề tài...........................................................................148
4.4. Kết luận chương 4.....................................................................................................149
KẾT LUẬN......................................................................................................................... 150
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................................151

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Phương pháp kỵ khí nhân tạo................................................................................19

Hình 1.2. Kỵ khí tiếp xúc......................................................................................................21
Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải của nhà máy bia................................................28
Hình 1.4. Bể chứa nước thải..................................................................................................28
Hình 1.5. Bể xử lý sinh học kỵ khí........................................................................................30
Hình 1.6. Bể kỵ khí UASB....................................................................................................32
Hình 1.7. Cơ chế bể aerotank................................................................................................33
Hình 1.8. Bể lắng đứng.........................................................................................................34
Hình 2.1. Cấu tạo của CPU...................................................................................................36
Hình 2.2. Các kết nối của PLC S7-1200................................................................................38
Hình 2.3. Phần mềm TIA Portal............................................................................................39
Hình 2.4. Biểu tượng của phần mềm Tia Portal....................................................................40
Hình 2.5. Màn hình chính của phần mềm TIA PORTAL.......................................................41
Hình 2.6. Tạo dự án mới trên phần mềm TIA PORTAL........................................................41
Hình 2.7. Chọn configure a device........................................................................................42
Hình 2.8. Chọn add new device............................................................................................42
Hình 2.9. Chọn loại CPU PLC..............................................................................................43
Hình 2.10. Loại CPU PLC đã chọn.......................................................................................43
Hình 2.11. Bảng tag của PLC................................................................................................44
Hình 2.12. Bảng nhóm tag....................................................................................................45
Hình 2.13. Bảng tìm và thay thế tag......................................................................................45
Hình 2.14. Sơ đồ cấu trúc lập trình của phần mềm Tia portal...............................................49
Hình 2.15. Contactor.............................................................................................................52
Hình 2.16. Aptomat...............................................................................................................53
Hình 2.17. Cảm biến đo nồng độ oxy hòa tan.......................................................................55
Hình 2.18. Cảm biến đo nồng độ oxy DO.............................................................................55
Hình 2.19. Cảm biến Hach DPD1R1 đo PH..........................................................................56
Hình 2.20. Cảm biến mức.....................................................................................................57
Hình 2.21. Máy bơm nước....................................................................................................58
Hình 2.22. Máy khuấy...........................................................................................................59
Hình 2.23. Van nước điện từ..................................................................................................59

Hình 2.24. Máy sục khí.........................................................................................................60


Hình 2.25. Máy ép bùn..........................................................................................................61
Hình 3.1. Cấu trúc của WinCC............................................................................................132
Hình 3.2. Khởi động một dự án...........................................................................................133
Hình 3.3. Tạo trạm SIMATIC PC........................................................................................134
Hình 3.4. Tạo module giao tiếp IE genaral cho trạm SIMATIC PC....................................135
Hình 3.5. Tạo đường dẫn kết nối PLC và Wincc.................................................................135
Hình 3.6. Tạo kết nối Ethernet giữa PLC và CP IE.............................................................136
Hình 3.7. Kênh giao tiếp giữa PLC và Wincc sau khi hoàn tất............................................136
Hình 3.8. Kiểm tra kết nối giữa PLC và Wincc...................................................................137
Hình 3.9. Tạo giao diện cho dự án......................................................................................137
Hình 3.10. Màn hình HMI...................................................................................................138
Hình 3.11. Hộp công cụ (Toolbox)......................................................................................138
Hình 3.12. Đối tượng trong mục Basic objects...................................................................139
Hình 3.13. Đối tượng của mục Graphics.............................................................................139
Hình 3.14. Đối tượng của mục Elements.............................................................................140
Hình 3.15. Đối tượng của mục Controls..............................................................................140
Hình 3.16. Giao diện các đối tượng của hệ thống xử lý nước thải.......................................141
Hình 3.17. Giao diện giám sát Wincc của hệ thống.............................................................142
Hình 4.1. Sơ đồ mô hình điều khiển hệ thống.....................................................................143
Hình 4.2. Simatic S7-1214C DC/DC/DC............................................................................144
Hình 4.3. LED xanh 10mm.................................................................................................145
Hình 4.4. hình ảnh thực tế của mô hình..................................Error! Bookmark not defined.
Hình 4.5. Màn hình giám sát hệ thống xử lý nước thải trên PC...........................................148


LỜI NÓI ĐẦU
Trong vài năm trở lại đây, vấn đề xử lý nước thải ngày càng thu hút được nhiều sự

quan tâm, chú ý không chỉ từ các cơ quan, ban ngành có liên quan mà còn từ đông đảo quần
chúng nhân dân. Một thực trạng dễ nhận thấy là ô nhiễm nước thải tại các khu công nghiệp
và khu đô thị đã ở trong tình trạng báo động. Tình trạng nước thải công nghiệp, nước thải
sinh hoạt chưa qua xử lý xả trực tiếp vào nguồn nước hiện đang rất phổ biến. Theo kết quả
điều tra của Bộ Công Thương, cho đến tháng 7/2008, trong số 154 khu công nghiệp đang
hoạt động trên toàn quốc thì chỉ có 39 khu công nghiệp có hệ thống xử lý nước thải tập trung
(chiếm 25,3%), 27 khu công nghiệp đang xây dựng và 27 khu có đã có kế hoạch xây dựng.
Bên cạnh đó, sức ép của quá trình đô thị hóa, gia tăng dân số, di dân tập trung cao tại các đô
thị lớn đã gây nên tình trạng quá tải về hạ tầng kỹ thuật. Một báo cáo toàn cầu mới được Tổ
chức Y tế thế giới (WHO) công bố cho thấy, mỗi năm Việt Nam có hơn 20.000 người tử
vong do điều kiện nước sạch và vệ sinh nghèo nàn, thấp kém. Còn theo thống kê của Bộ Y
tế, hơn 80% các bệnh truyền nhiễm ở nước ta liên quan đến nguồn nước. Người dân ở cả
nông thôn và thành thị đang phải đối mặt với nguy cơ mắc bệnh do môi trường nước ngày
một ô nhiễm trầm trọng. Không chỉ ảnh hưởng nghiêm trọng đến sức khỏe và sinh hoạt của
người dân, ô nhiễm nước thải còn gây ra thiệt hại lớn cho nền kinh tế. Ngân hàng thế giới
ước tính, mức thiệt hại kinh tế của Việt Nam do thiếu quản lý chất thải và nước thải lên đến
1,3% thu nhập quốc dân, vào thời kỳ suy giảm kinh tế, mức thiệt hại này có thể cao hơn nữa.
Trong khi đó, cơ chế chính sách phát triển chậm, hệ thống văn bản quy phạm pháp luật còn
thiếu, chưa đồng bộ, chưa có tính pháp lý cao để thống nhất quản lý nhà nước về lĩnh vực xử
lý nước thải. Rõ ràng, xử lý nước thải hiện nay đã trở thành một vấn đề nhức nhối của toàn
xã hội, không những nhà nước cần đưa ra một chiến lược rõ ràng cũng như một bản quy
hoạch chi tiết để củng cố và phát triển ngành xử lý nước thải, mà tất cả các doanh nghiệp, cá
nhân trong xã hội cũng phải chung tay hành động thì mới có thể giải quyết được vấn đề này.
Nhận thấy tầm quan trọng chiến lược và ý nghĩa kinh tế, xã hội sâu sắc của vấn đề xử
lý nước thải cùng sự tư vấn của thầy giáo hướng dẫn Th.S Hoàng Quốc Xuyên nhóm chúng
em quyết định xây dựng đề tài “ Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát cho công đoạn xử
lý nước thải trong các nhà máy bia sử dụng PLC S7-1200 và phần mềm TIA Portal”.
Nhằm mục đích nắm bắt ,củng cố kiến thức ,kinh nghiệm từ quá trình học tập và mong

muốn đóng góp một phần nhỏ vào việc giải quyết vấn để xử lý nước tải tại các nhà máy –
một trong những vẫn đề vô cùng cấp thiết hiện nay.
Đề tài của nhóm được trình bày thành 4 chương với nội dung cơ bản của từng chương
được tóm tắt như sau :
Chương 1- Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải : Giới thiệu một tổng quan về
nước thải và công nghệ xử lý nước thải hiện nay.Đồng thời trình bày về quy trình công nghệ
xử lý nước thải tại các nhà máy bia.
Chương 2- Thiết kế phần mềm điều khiển cho hệ thống : Giới thiệu về phần mềm
Tia-portal và dòng PLC s7-1200.Xây dựng thuật toán và viết chương trình điều khiển cho hệ
thống.
Chương 3- Thiết kế giao diện điều khiển giám sát cho hệ thống : Giới thiệu về
phần mềm điều khiển giám sát Wincc và thiết kế giao diện điều khiển cho hệ thống xử lý
nước thải.
Chương 4- Mô hình thực nghiệm và kết quả đạt được : Từ kết quả thiết kế giao
diện chương 3 nhóm đã làm ra mô hình thực nghiệm của hệ thống, đánh giá kết quả và đưa
ra phương hướng phát triển.
Mặc dù đã cố gắng tìm hiểu, nghiên cứu để hoàn thành nội dung yêu cầu đặt ra, xong
vì thời gian và kiến thức của các thành viên trong nhóm có hạn nên đề tài này không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Vì vậy nhóm mong nhận được sự chỉ bảo và góp ý tận tình của
các thầy cô giáo trong hội đồng bảo vệ để nhóm sẽ hoàn thiện đề tài này hơn. Chúng em xin
chân thành cảm ơn thầy giáo Th.S Hoàng Quốc Xuyên đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ
nhóm hoàn thành đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn!


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
1.1. Khái quát về nước thải và tầm quan trọng của việc xử lý nước thải
(XLNT).
1.1.1. Khái niệm về nước thải.
Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người và đã làm

thay đổi tính chất ban đầu của chúng.
Nước thải là nước đã dùng trong sinh hoạt, sản xuất hoặc chảy qua vùng đất ô nhiễm.
Phụ thuộc vào điều kiện hình thành, nước thải được chia thành: nước thải sinh hoạt, nước
công nghiệp, nước thải tự nhiên và nước thải đô thị.
Nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động thương mại,
công sở, trường học hay các cơ sở khác. Chúng chứa khoảng 58% chất hữu cơ và 42% chất
khoáng. Đặc điểm cơ bản của nước thải sinh hoạt là hàm lượng cao các chất hữu cơ không
bền sinh học (như cacbonhydrat, protein, mỡ), chất dinh dưỡng (photphat, nitơ), vi trùng,
chất rắn và mùi.
Nước thải công nghiệp (hay nước thải sản xuất)
Nước thải công nghiệp là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động sản xuất. Trong quá
trình công nghệ các nguồn nước thải có thể phân thành:
-

Nước hình thành do phản ứng hóa học (chúng bị ô nhiễm bởi các tác chất và các
sản phẩm phản ứng).

-

Nước ở dạng ẩm tự do và liên kết trong nguyên liệu và chất ban đầu, được tách ra
trong quá trình chế biến.

-

Nước rửa nguyên liệu, sản phẩm, thiết bị.

-

Nước hấp thụ, nước làm nguội.

Nước thải tự nhiên
Nước mưa được xem là nước thải tự nhiên. Ở những thành phố hiện đại, nước mưa
được thu gom bằng hệ thống riêng.


Nước thải đô thị
Nước thải đô thị là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống thoát của một
thành phố. Đó là hỗn hợp các loại nước thải kể trên.
Ở đề tài lần này nhóm chúng em tập trung vào việc xử lý nước thải công nghiệp.Vì
đây là loại nước thải độc hại và gây ô nhiễm môi trường nhất.

1.1.2. Thành phần lý hóa học của nước thải.
1.1.2.1. Tính chất vật lý.
Tính chất vật lý của nước thải được xác định dựa trên các chỉ tiêu: màu sắc, mùi, nhiệt
độ và lưu lượng.
Màu: nước thải mới có màu nâu hơi sáng, tuy nhiên thường là có màu xám có vẩn
đục. Màu sắc của nước thải sẽ thay đổi đáng kể nếu như bị nhiễm khuẩn, khi đó sẽ có màu
đen tối.

Mùi: có trong nước thải là do các khí sinh ra trong quá trình phân hủy các hợp chất
hữu cơ hay do một số chất được đưa thêm vào.
Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải thường cao hơn so với nguồn nước sạch ban đầu, do
có sự gia nhiệt vào nước từ các đồ dùng trong gia đình và các máy móc sản xuất.
Lưu lượng: thể tích thực của nước thải cũng được xem là một đặc tính vật lý của
nước thải, có đơn vị m3/người.ngày. Vận tốc dòng chảy luôn thay đổi theo ngày.
1.1.2.2. Tính chất hóa học.
Các thông số thể hiện tích chất hóa học thường là: số lượng các chất hữu cơ, vô cơ và
khí. Hay để đơn giản hóa, người ta xác định các thông số như: độ kiềm, BOD, COD, các
chất khí hòa tan, các hợp chất N, P, các chất rắn (hữu cơ, vô cơ, huyền phù và không tan) và

nước.

Độ kiềm: thực chất độ kiềm là môi trường đệm để giữ pH trung tính của nước thải
trong suốt quá trình xử lý sinh hóa.

Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD): dùng để xác định lượng chất bị phân hủy sinh hóa
trong nước thải, thường được xác định sau 5 ngày ở nhiệt độ 20 0C. BOD5 trong nước thải
sinh hoạt thường nằm trong khoảng 100 - 300 mg/l.
Nhu cầu oxy hóa học (COD): dùng để xác định lượng chất bị oxy hóa trong nước
thải. COD thường trong khoảng 200 - 500 mg/l. Tuy nhiên, có một số loại nước thải công
nghiệp BOD có thể tăng rất nhiều lần.


Các chất khí hòa tan: đây là những chất khí có thể hòa tan trong nước thải. Nước
thải công nghiệp thường có lượng oxy hòa tan tương đối thấp.
Hợp chất chứa N: số lượng và loại hợp chất chứa N sẽ thay đổi đối với mỗi loại nước
thải khác nhau.
pH: đây là cách nhanh nhất để xác định tính axit cua nuoc thải. Nồng độ pH khoảng
1 - 14. Để xử lý nước thải có hiệu quả pH thường trong khoảng 6 - 9,5 (hay tối ưu là 6,5 - 8).
Phospho: đây là nhân tố cần thiết cho hoạt động sinh hóa. P thường trong khoảng 6 20 mg/l.

Các chất rắn: hầu hết các chất ô nhiễm trong nước thải có thể xem là chất rắn.
Nước: luôn là thành phần cấu tạo chính của nước thải. Trong một số trường hợp, nước
có thể chiếm từ 99,5% - 99,9% trong nước thải (thậm chí ngay cả ngay cả trong những loại
nước thải ô nhiễm nặng nhất các chất ô nhiễm cũng chiếm 0,5%, còn đối nguồn nước thải
được xem là sạch nhất thì nồng độ này là 0,1%).

1.1.3. Tầm quan trọng của việc xử lý nước thải.
1.1.3.1. Trên lĩnh vực kinh tế.
Trong một vài năm gần đây, các chuyên gia trong ngành nước trên thế giới đã chỉ ra

rằng sự khan hiếm tài nguyên, gia tăng dân số, di dân, và việc thiếu vốn đầu tư để nâng cấp
và mở rộng cơ sở hạ tầng, cũng như các quy định về tiêu chuẩn nguồn nước chính là những
yếu tố dẫn dắt sự phát triển của ngành công nghiệp nước trên thế giới. Thời gian này cũng
không có nhiều thay đổi trong ngành nước, ngoại trừ một thực tế rằng tình trạng nguồn nước
trên thế giới ngày càng trở nên xấu đi qua mỗi năm.
Rất nhiều chuyên gia đã tuyên bố, duới hình thức này hay khác rằng “Nước chính là
dầu của thế kỷ 21; “Nước là loại dầu bôi trơn cốt yếu của nền kinh tế”. Theo bài báo
“Running dry” đuợc đăng trên tạp chí The Economist ngày 21/8/2008, cũng như dầu, nguồn
cung nước đang phải chịu những áp lực ngày càng lớn. Theo ước tính của ngân hàng đầu tư
Goldman Sachs, lượng tiêu thụ nước trên toàn thế giới tăng gấp đôi sau mỗi 20 năm. Cũng
giống như dầu, nước là hàng hóa không thể thay thế. Trong lĩnh vực kinh tế, nước là nguyên
liệu thiết yếu của nhiều sản phẩm tiêu dùng. Theo JPMorgan, 5 nguời khổng lồ trong lĩnh
vực thực phẩm và đồ uống: Nestle, Uniliver, Cocacola, Anheuser-Busch and Danone mỗi
năm tiêu thụ khoảng 575 tỷ lít nước, lượng nước đủ để đáp ứng nhu cầu nước hàng ngày cho
tất cả mọi người trên trái đất. Không chỉ các ngành công nghiệp thực phẩm, đồ uống sử dụng


nhiều nước, các ngành năng lượng và công nghệ cao cũng sử dụng một lượng nước lớn trong
sản xuất, cần sử dụng 13 m3 nước ngọt để sản xuất ra một lát bán dẫn dày 200mm. Lượng
nước dùng cho chế tạo chip chiếm khoảng 25% tổng lượng nước tiêu thụ ở Silicon Valley.
Năng lượng cũng là ngành tiêu thụ rất nhiều nước. Ở Mỹ, hàng năm 40% lượng nước ngọt
bơm ra từ các hồ và tầng đất ngậm nước đuợc dùng để làm mát các nhà máy năng lượng. Để
tách ra đuợc 1 lít dầu từ cát dầu nặng cần dùng đến 5 lít nước.
Sử dụng một lượng lớn nước trong sản xuất chế biến, một điều tất yếu là các công ty
phải chi những khoản lớn để xử lý nước thải. Ở các nước công nghiệp phát triển, trong
ngành nước thì ngành công trình xử lý nước thải, cùng với ngành cung ứng nước là hai
ngành chiếm tỷ trọng lớn nhất.
Sự yếu kém trong quản lý nguồn nước và nước thải có thể gây ra những thiệt hại lớn
cho nền kinh tế. Ở Trung Quốc, nạn khan hiếm nước do ô nhiễm và do mạch nước ngầm bị
phá huỷ gây ra thiệt hại 21.4 tỷ đôla Mỹ mỗi năm, bằng 1% GDP. Năm 2007, tính riêng sản

lượng công nghiệp của Trung Quốc đã sụt giảm 12 tỷ đôla Mỹ do chất lượng nguồn nước
ngày càng kém .Còn ở Việt Nam, theo ước tính của Ngân hàng Thế giới, mức thiệt hại kinh
tế của Việt Nam do thiếu quản lý nước thải và chất thải lên đến 1,3% thu nhập quốc dân, vào
thời kỳ suy giảm kinh tế, mức thiệt hại này còn có thể cao hơn nữa.
1.1.3.2. Trên lĩnh vực xã hội.
Theo Bộ Y tế, có gần một nửa trong số 26 căn bệnh truyền nhiễm đều có nguyên nhân
liên quan tới nước, vệ sinh cá nhân và vệ sinh môi trường, đặc biệt là các dịch bệnh đường
ruột. Trong đó có tới 80% các bệnh có liên quan đến nguồn nước, chiếm tới 50% tổng số
bệnh nhân nội trủ và 25.000 trường hợp tử vong mỗi ngày. Các chuyên gia y tế cảnh báo
nguồn nước sinh hoạt của người dân đang bị ô nhiễm trầm trọng bởi các chất thải sinh hoạt
và sản xuất, chất thải bệnh viện, cùng với các thói quen không hợp vệ sinh của người dân.
Chương trình quốc gia về nước sạch và vệ sinh môi trường nông thôn đặt mục tiêu
đến năm 2010 tỷ lệ người dân nông thôn được sử dụng nước sạch sẽ 85%
Nhu cầu vệ sinh môi trường, vệ sinh nguồn nước là nhu cầu cấp thiết cần được đáp
ứng của người dân. Xử lý nước thải, làm sạch nguồn nước không chỉ tiêu diệt các mầm bệnh
trong nước, làm giảm nguy cơ mắc nhiều bệnh truyền nhiễm nguy hiểm ở người mà về lâu
dài còn giảm được chi phí về nước do một phần nước thải được tái sử dụng cho việc tưới
cây, làm thuỷ lợi hay dùng để làm mát thiết bị trong các nhà máy sản xuất, chế biến. Do đó


nguồn nước cần để đáp ứng nhu cầu sinh hoạt, sản xuất của toàn xã hội sẽ giảm đi, nguy cơ
thiếu nước sạch sẽ trở nên bớt trầm trọng.

1.1.4. Các thông số đánh giá ô nhiễm.
Đánh giá chất lượng nước thải cần dựa vào một số thông số cơ bản, so sánh với các
chỉ tiêu cho phép về thành phần hóa học và sinh học đối với từng loại nước sử dụng cho mục
đích khác nhau. Các thông số cơ bản để đánh giá chất lượng nước là: độ pH, màu sắc, độ
đục, hàm lượng chất rắn, các chất lơ lửng, các kim loại nặng, oxy hòa tan... và đặc biệt là
BOD và COD. Ngoài các chỉ tiêu hóa học cần quan tâm tới chỉ tiêu sinh học, đặc biệt là
E.coli.

Độ pH:
Là một trong những chỉ tiêu xác định đối với nước cấp và nước thải.
Chỉ số này cho ta biết cần thiết phải trung hòa hay không và tính lượng hóa chất cần
thiết trong quá trình xử lý đông keo tụ, khử khuẩn...
Hàm lượng các chất rắn:
Tổng chất rắn là thành phần quan trọng của nước thải. Tổng chất rắn (TS) được xác
định bằng trọng lượng khô phần còn lại sau khi cho bay hơi 11 mẫu nước trên bếp cách thủy
rồi sấy khô ở 1030C cho đến khi trọng lượng khô không đổi. Đơn vị tính bằng mg hoặc g/l.
Màu:
Nước có thể có độ màu, đặc biệt là nước thải thường có màu nâu đen hoặc đó nâu.
Độ đục:
Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng trong nước. Vi sinh vật có thể bị hấp thụ
bởi các hạt rắn lơ lửng sẽ gây khó khăn khi khử khuẩn. Độ đục càng cao độ nhiễm bẩn càng
lớn.
Oxy hòa tan (DO - Dissolved oxygen):
Là một chỉ tiêu quan trọng của nước, vì các sinh vật trên cạn và cả dưới nước sống
được là nhờ vào oxy. Độ hòa tan của nó phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và các đặc tính của
nước. Phân tích chỉ số oxi hòa tan (DO) là một trong những chỉ tiêu quan trọng đánh giá sự ô
nhiễm của nước và giúp ta đề ra biện pháp xử lý thích hợp.
Chỉ số BOD (Nhu cầu oxy sinh hóa - Biochemical Oxygen Demand):
Nhu cầu oxy sinh hóa hay nhu cầu oxy sinh học là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các
chất hữu cơ có trong nước bằng vi sinh vật (chủ yếu là vi khuẩn) hoại sinh, hiếu khí. BOD là
chỉ tiêu thông dụng nhất để xác định mức độ ô nhiễm của nước thải.
Phương trình tổng quát oxy hóa sinh học:

Chất hữu cơ + O2  CO2 + H2O


Vi sinh vật

Quá trình này đòi hỏi thời gian dài ngày, vì phải phụ thuộc vào bản chất của chất hữu
cơ, vào các chủng loại vi sinh vật, nhiệt độ nguồn nước, cũng như một số chất có độc tính
xảy ra trong nước. Bình thường 70% nhu cầu oxy được sử dụng trong 5 ngày đầu, 20% trong
5 ngày tiếp theo, 99% ở ngày thứ 20 và 100% ở ngày thứ 21.
Xác định BOD được sử dụng rộng rãi trong môi trường:
-

Xác địnhgần đúng lượng oxy cần thiết để ổn định sinh học các chất hữu cơ có
trong nước thải.

-

Làm cơ sở tính toán thiết bị xử lý.

-

Xác định hiệu suất xử lý của một quá trình.

-

Đánh giá chất lượng nước thải sau xử lý được phép xả vào nguồn nước.

Trong thực tế, người ta không thể xác định lượng oxy cần thiết để phân hủy hoàn toàn
chất hữu cơ vì như thế tốn quá nhiều thời gian mà chỉ xác định lượng oxy cần thiết trong 5
ngày đầu ở nhiệt độ ủ 200C, ký hiệu BOD5. Chỉ số này được dùng hầu hết trên thế giới.
Chỉ số COD (Nhu cầu oxy hóa học - Chemical Oxygen Demand):
Chỉ số này được dùng rộng rãi để đặc trưng cho hàm lượng chất hữu cơ của nước thải
và sự ô nhiễm của nước tự nhiên. COD được định nghĩa là lượng oxy cần thiết cho quá trình
oxy hóa hóa học các chất hữu cơ trong nước thành CO2 và H2O. Lượng oxy này tương
đương với hàm lượng chất hữu cơ có thể bị oxy hóa được xác định khi sử dụng một tác nhân

oxy hóa hóa học mạnh trong môi trường axit.
Chỉ số COD biểu thị cả lượng các chất hữu cơ không thể bị oxy hóa bằng vi sinh vật
do đó nó có giá trị cao hơn BOD. Đối với nhiều loại nước thải, giữa BOD và COD có mối
tương quan nhất định với nhau.
Các chất dinh dưỡng:
Chủ yếu là N và P, chúng là những nguyên tố cần thiết cho các thực vật phát triển hay
chúng được ví như là những chất dinh dưỡng hoặc kích thích sinh học.
+ Nito (N): nếu thiếu N có thể bổ sung thêm N để nước thải đó có thể xử lý bằng sinh
học.
+ Phospho (P): có ý nghĩa quan trọng trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh
học.
Chỉ thị về vi sinh của nước (E.coli):


Trong nước thải, đặc biệt là nước thải sinh hoạt, bệnh viện, vùng du lịch, khu chăn
nuôi... nhiễm nhiều loại vi sinh vật. Trong đó có nhiều loài vi khuẩn gây bệnh, đặc biệt là
bệnh về đường tiêu hóa, tả lị, thương hàn, ngộ độc thực phẩm.
Chất lượng về mặt vi sinh của nước thường được biểu thị bằng nồng độ của vi khuẩn
chỉ thị - đó là những vi khuẩn không gây bệnh và về nguyên tắc đó là nhóm trực khuẩn
(coliform). Thông số được sử dụng rộng rãi nhất là chỉ số coli.
Tuy tổng số coliform thường được sử dụng như một chỉ số chất lượng của nước về
mặt vệ sinh, nhưng ở điều kiện nhiệt đới, chỉ số này chưa đủ ý nghĩa về mặt vệ sinh do:
+ Có rất nhiều vi khuẩn coliform tồn tại tự nhiên trong đất, vì vậy mật độ cao các vi
khuẩn của nước tự nhiên giàu dinh dưỡng có thể không có ý nghĩa về mặt vệ sinh.
+ Các vi khuẩn coliform có xu hướng phát triển trong nước tự nhiên và ngay trong cả
các công đoạn xử lý nước thải (trước khi khử trùng) trong điều kiện nhiệt đới.

1.1.5. Các phương pháp xử lý nước thải.
1.1.5.1. Phương pháp xử lý tự nhiên.
a. Xây dựng mô hình cánh đồng tưới

Nguyên tắc hoạt động: việc xử lý nước thải bằng phương pháp cánh đồng tưới, cánh
đồng lọc dựa trên khả năng giữ cặn nước trên mặt đất, nước thấm qua đất đi qua khe lọc, nhờ
có oxy trong các lỗ hổng và mao quản trong lớp mặt đất, các vi sinh vật hiếu khí hoạt động
phân hủy lớp hữu cơ bị nhiễm bẩn. Cáng sâu xuống, lượng oxy càng ít và quá trình oxy hóa
chất hữu cơ càng giảm. Cuối cùng , đến một độ sâu nào đấy chỉ còn quá trình khử nitrat. Đã
xác định quá trình oxy hóa lớp chất thải chỉ diễn ra trong độ sâu 1.5m. Vì vậy, các cánh đồng
tưới và các bãi rác sinh học thường được xây dựng ở những nơi có mực nguồn nước thấp
hơn 1.5m so với mặt đất.
Nguyên tắc xây dựng: cánh đông tưới và bãi lọc là những bãi đất được san phẳng
hoặc được xây dựng ở nơi dốc không đáng kể và được ngăn cách bằng cách tạo ô ngăn bằng
bờ đất. Nước thải được phân phối vào các mạng lưới phân phối gồm; mương chính, máng
phân phối và hệ thống tưới trong các ô. Nếu thửa đất chỉ xử lý nước thải và chứa nước thải
thì được goi là bãi lọc.
b. Hồ sinh học
Cấu tạo của hồ sinh học: là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn gọi là
hồ oxy hóa hay hồ ổn định nước thải,…Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy hóa sinh hóa
các chất hữu cơ nhờ các vi sinh vật, tảo và các loại thủy sản khác.


Nguyên tắc hoạt động: vi sinh vật sử dụng oxy từ tảo trong quá trình quang hợp cũng
như oxy hóa từ không khí để phân hủy các chất hữu cơ, rong tảo lại hấp thụ lại khí CO2,
photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân hủy, oxy hóa các chất hữu cơ bởi vi sinh vật. Để
hồ hoạt động bình thường thì cần duy trì độ pH và nhiệt độ tối ưu.
1.1.5.2. Phương pháp xử lý cơ học.
a. Song chắn rác và lưới chắn rác
Loại bỏ tất cả các tạp vật có thể gây sự cố trong quá trính vận hành hệ thống xử lý
nước thải như tắc ống bơm, đường ống hoặc ống dẫn
Trong xử lý nước thải đô thị người ta dùng song chắn để lọc nước và dùng máy
nghiền nhỏ các vật bị giữ lại, còn trong xử lý nước thải công nghiệp người ta đặt thêm lưới
chắn.

Song chắn rác được phân loại theo cách vớt rác:
-

Song chắn rác vớt rác thủ công, dùng cho trạm xử lý có công suất nhỏ dưới 0,1
m3/ngày .

-

Song chắn rác vớt rác cơ giới bằng các bằng cào dùng cho trạm có c.suất lớn hơn
0,1 m3/ngày rác được vớt 2-3lần trong ngày và được nghiền để đưa về bể ủ bùn
hoặc xả trực tiếp phía trước thiết bị.

b. Bể điều hòa
Dùng để duy trì sự ổn định của dòng thải, khắc phục những vấn đề vận hành do sự
dao động của lưu lượng dòng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình ở cuối
dây chuyền xử lý.
Lợi ích:
Làm tăng hiệu quả của hệ thống sinh học do nó hạn chế hiện tượng quá tải của hệ
thống về lưu lượng cũng như hàm lượng các chất hữu cơ, giảm được diện tích xây các bể
sinh học (do được tính toán chính xác hơn). Hơn nữa các chất ức chế quá trình xử lý sinh
học sẽ được pha loãng hoặc trung hòa ở mức độ thích hợp cho các hoạt động của vi sinh vật.
Chất lượng NT sau xử lý và việc cô đặc bùn ở đáy bể lắng thứ cấp được cải thiện do
lưu lượng nạp chất rắn ổn định.
Diện tích bề mặt cần cho hệ thống lọc nước giảm xuống và hiệu suất lọc được cải
thiện, chu kỳ làm sạch bề mặt các thiết bị lọc cũng ổn định hơn.
c. Lọc


Lọc được ứng dụng để tách các tạp chất phân tán có kích thước nhỏ khỏi nước thải mà
các bể lắng không thể loại chúng được, là quá trình tách các hạt rắn ra khỏi pha lỏng hoặc

pha khí bằng cách cho dòng khí hoặc lỏng có chứa hạt chất rắn chảy qua lớp ngăn xốp, các
hạt rắn sẽ bị gữi lại. Lọc có thể xảy ra dưới tác dụng của áp suất thủy tĩnh của cột chất lỏng
hoặc áp suất cao trước vách ngăn hay áp suất thấp sau vách ngăn.
Vật liệu :
Dạng vách: làm bằng thép tấm có đục lỗ hoặc bằng lưới thép không rỉ nhôm, niken,
đồng,.. và cả các loại vải khác nhau (thủy tinh, amiang, bông len, sợi,..).Yêu cầu: trở lực
nhỏ, đủ bền về hóa học, dẻo cơ học, không bị trương nở và bi phá hủy ở điều kiện lọc cho
trước.
Bể lọc với lớp vật liệu dạng hạt: có thể là cát thạch anh, than cốc, sỏi nghiền, than
nâu, than gỗ,...tùy thuộc vào loại NT và điều kiện kinh tế. Đặc tính quan trọng của vật liệu
lọc là: độ xốp và bề mặt riêng. Độ xốp phụ thuộc vào cấu trúc, kích thước các hạt xốp, cách
sắp đặt các hạt xốp. Bề mặt riêng của lớp vật liệu xốp được xác định bằng độ xốp của các hạt
và hình dạng của chúng.
Quá trình lọc gồm các giai đoạn sau: 1 .di chuyển các hạt tới bề mặt các chất tạo thành
lớp lọc. 2.gắn chặt các hạt vào bề mặt. 3.tách các hạt bám dính ra khỏi bề mặt.
Lọc qua màng lớp bã được tạo thành trên bề mặt vật liệu lọc: các hạt có kích thước
lớn hơn kích thước mao quản lớp vật liệu lọc bị gữi lại, tạo thành lớp bã và cũng trở thành
như lớp vật liệu lọc. (đặc trưng cho bể lọc chậm).
Lọc không tạo thành lớp màng các tạp chất: quá trình lọc xảy ra trong bề mặt lớp vật
liệu lọc dày, các hạt tạp chất bị gữi lại trên các hạt của vật liệu lọc bằng lực bám dính. Đại
lượng bám dính phụ thuộc vào các yếu tố: độ lớn, hình dạng hạt, độ nhám bề mặt, thành
phần hóa học, tốc độ dòng chảy, nhiệt độ chất lỏng,...
Khi số hạt tới bề mặt lớp lọc trong một đơn vị thời gian bằng số hạt rời khỏi bề mặt
đó, sự bão hòa xảy ra và lớp lọc không còn khả năng lọc nữa.
d. Bể lắng cát
Trong xử lý nước thải, quá trình lắng được sử dụng để loại các tạp chất ở dạng huyền
phù thô ra khỏi nước thải. Theo chức năng, các bể lắng được phân thành: bể lắng cát , bể
lắng sơ cấp, bể lắng thứ cấp.
Yêu cầu: có hiệu suất lắng cao và xả bùn dễ dàng.
Cũng có thể sử dụng bể lắng như công trình xử lý cuối cùng, nếu điều kiện vệ sinh nơi

đó cho phép.


Bể lắng sơ cấp: đặt trước công trình xử lý sinh học dùng để gữi lại các chất hữu cơ
không tan trong nước thải trước khi cho nước thải vào các bể xử lý sinh học và loại bỏ các
chất rắn có khả năng lắng (tỉ trọng lớn hơn tỉ trọng của nước) và các chất nổi (tỉ trọng bé hơn
tỉ trọng nước). Nếu thiết kế chính xác bể lắng sơ cấp có thể loại bỏ 50 -70% chất rắn lơ lửng,
25 - 40% BOD của nước thải.
Bể lắng thứ cấp: đặt sau công trình xử lý sinh học.
- Căn cứ vào chiều nước chảy phân biệt các loại: bể lắng ngang, đứng, radian.
1.1.5.3. Phương pháp xử lý bằng công nghệ sinh học.
a. Phương pháp xử lý sinh học kỵ khí
Có 2 loại:
+ Quá trình xử lý bằng phương pháp kỵ khí nhân tạo
+ Phương pháp kỵ khí tự nhiên: ao hồ kỵ khí
a.1) Phương pháp kỵ khí nhân tạo có các phương pháp :
- Bể UASB
- Lọc sinh học kỵ khí
- Kỵ khí tiếp xúc
Bể UASB (Upflow anearobic sludge blanket).
Là bể xử lý sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn kỵ khí. UASB được thiết kế cho
nước thải có nồng độ ô nhiễm chất hữu cơ cao và thành phần chất rắn thấp. Nồng độ COD
đầu vào được giới hạn ở mức min là 100mg/l, nếu SS>3000mg/l không thích hợp để xử lý
bằng UASB.

Hình 1.1. Phương pháp kỵ khí nhân tạo
Cơ chế hoạt động:


Nước thải được đưa vào bể UASB được phân phối từ dưới lên với vận tốc 0,6-0,9

m/h, qua lớp bùn kỵ khí , tại đây sẽ diễn ra quá trình phân hủy chất hữu cơ bởi các vi sinh
vật, hiệu quả xử lý của bể được quyết định bởi tầng vi sinh này.
Hệ thống tách pha được thiết kế gồm các tấm chắn khí được đặt ở phía trên bể với
nhiệm vụ tách các pha rắn – lỏng và khí. Phần nước và khí tiếp tục đi lên, các hạt cặn lơ lửng
sẽ bám vào bọt khí và đi lên tới thành tấm chắn sẽ bị va đập và rơi xuống, bọt khí đi lên
được thu lại qua ống thu khí. Bùn sẽ được giữ ở dưới đáy bể, nước trong sẽ được dâng lên
trên và được thu hồi theo ống dẫn đi sang công trình xử lý hiếu khí tiếp theo.
Lọc sinh học kỵ khí
Quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp lọc kỵ khí thường sử dụng để xử lý nước
thải có hàm lượng chất hữu cơ ( BOD, COD) rất cao (lên tới hàng ngàn mg/l). phương pháp
này sử dụng rất nhiều các chủng vi sinh vật để xử lý, các chất khí được tạo thành sau quá
trình xử lý là CH4 , H2S, H¬2, CO¬2, NH3.
Việc xử lý nước thải bằng phương pháp lọc kỵ khí thông qua 4 giai đoạn: giai đoạn
thủy phân (chuyển hóa protein thành các axit amin, cacbonhydrat và các chất hữu cơ mạch
dài); giai đoạn acid hóa (sử dụng vi sinh vật lên men các chất hữu cơ hòa tan thành các acid
béo dễ bay hơi); giai đoạn axetic hóa ( sử dụng vi khuẩn axetic thành axit axetic, CO 2,H2O);
giai đoạn metan hóa (chuyển hóa các sản phẩm của các giai đoạn trên thành khí metan, sinh
khối mới, CO2).
Nước thải được đưa vào bể lọc kỵ khí sẽ được phân phối đều theo diện tích đáy bể,
nước đi từ dưới lên chảy qua lớp vật liệu lọc, các chất hữu cơ sẽ bám lại tại vật liệu lọc có
chứa vi khuẩn yếm khí và tạo thành lớp màng vi sinh vật. Tại đây, các chất hữu cơ sẽ được
hấp thụ và phân hủy, bùn cặn sẽ được giữ lại trong khe rỗng của lớp vật liệu lọc. Sau 2-3
tháng ta sẽ xả bùn dư một lần. Phần nước sau khi qua lớp vật liệu lọc sẽ được chảy vào máng
thu và tiếp tục đi sang công trình xử lý hiếu khí.
Vật liệu lọc có thể là:
- Dạng tấm (chất dẻo).
- Vật liệu rời hạt, như hạt polyspiren có đường kính 3-5 mm.
Kỵ khí tiếp xúc:
Công trình gồm một bể phản ứng và một bể lắng riêng biệt với một thiết bị điều chỉnh
bùn tuần hoàn.

Công trình gồm một bể phản ứng và một bể lắng riêng biệt với một thiết bị điều chỉnh
bùn tuần hoàn.


Hình 1.2. Kỵ khí tiếp xúc
Cơ chế hoạt động: Nước thải chưa xử lý được khuấy trộn với vòng tuần hoàn và sau
đó được phân hủy trong bể phản ứng kín không cho không khí vào. Sau khi phân hủy, hỗn
hợp bùn nước đi vào bể lắng, nước trong đi ra và bùn được lắng xuống đáy.
a.2) Quá trình xử lý bằng phương pháp kỵ khí tự nhiên.
Ao hồ kỵ khí là loại ao sâu. Các vi sinh vật kỵ khí hoạt động sống không cần oxy của
không khí.
Hồ sinh học là các thủy vực tự nhiên, không lớn mà ở đó sẽ diễn ra quá trình chuyển
hóa các chất bẩn. Quá trình này tương tự như quá trình tự làm sạch trong các hồ tự nhiên với
vai trò chủ yếu là các loại vi khuẩn và tảo.
Khi vào hồ, do vận tốc dòng chảy nhỏ, các loại cặn lắng xuống đáy. Các chất hữu cơ
còn lại trong nước thải sẽ bị các vi sinh vật hấp thụ và oxy hóa mà sản phẩm tạo ra là sinh
khối của nó, CO2, các muối nitorat, nitơrit,...Khí CO2, các hợp chất nitơ, phôtpho được rong
tảo sử dụng trong quá trình quang hợp, giải phóng oxy cung cấp cho quá trình oxy hóa các
chất hữu cơ của vi khuẩn. Sự hoạt động của rong tảo giúp ích cho quá trình trao đổi chất của
vi khuẩn. Trường hợp nước thải đậm đặc chất hữu cơ, tảo có thể chuyển từ tự dưỡng sang dị
dưỡng, tham gia vào quá trình oxy hóa chất hữu cơ. Nấm, xạ khuẩn cũng thực hiện các quá
trình này.
Các hợp chất nitơ, photpho, cacbon,...trong hồ sinh học cũng được chuyển hóa theo
chu trình riêng với sự tham gia của vi khuẩn, tảo và các thực vật bậc cao khác.
Ưu điểm: sử dụng ao hồ tự nhiện nên chi phí đầu tư xây dựng thấp, vận hành đơn
giản, có hiệu quả xử lý, khử trùng, có thể kết hợp nuôi cá, trồng tảo. Hồ sinh học ổn định
phù hợp với các vùng khí hậu nhiệt đới và các khu dân cư vừa và nhỏ.
Nhược điểm: cần diện tích lớn, khó điều khiển quá trình xử lý, nước hồ thường có mùi
khó chịu đối với các khu vực xung quanh. Khắc phục: làm thoáng nhân tạo cung cấp oxy
cho hồ bằng các biện pháp cưỡng bức (khí nén, khuấy cơ học,...) nhờ đó mà các vùng chết

trong hồ giảm, điều kiện tiếp xúc giữa chất hữu cơ-oxy-vi khuẩn tăng lên nên hiệu quả xử lý
NT được đảm bảo.
b. Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí.
Các quá trình hiếu khí có thể xảy ra trong điều kiện tự nhiên hay trong các điều kiện
xử lý nhân tạo. Trong điều kiện xử lý nhân tạo người ta tạo ra các điều kiện tối ưu cho quá
trình oxy hóa sinh hóa nên quá trình xử lý có tốc độ cao và hiệu suất cao hơn.
Quá trình chuyển hóa vật chất:
Quá trình oxy hóa chất hữu cơ :(đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào)

CxHyOzN + O2

CO2 + NH3 + H2O + Q

(1)

Quá trình tổng hợp tế bào:(tổng hợp xây dựng tế bào)

CxHyOz + NH3 + O2

C5H7NO2 + CO2 + H2O + Q (2)

(C5H7NO2: Công thức theo tỷ lệ trung bình các nguyên tố chính trong tế bào vi sinh
vật)
Quá trình oxy hóa nội bào (tự oxy hóa): nếu tiếp tục tiến hành QT oxy hóa thì khi
không đủ chất dinh dưỡng, Qúa trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra qúa trình
tự oxy hóa:

C5H7NO2 + O2

CO2 + NH3 +H2O + Q

(3)

Trong quá trình oxy hóa sinh hóa hiếu khí, các chất hữu cơ chứa N, S, P cũng được
chuyển thành NO3", SO42", PO43", CO2, H2O.

NH + O
3

HNO

2

+ O +vsy HNO

2

2

3

(4)

và (2): lượng oxy tiêu tốn cho các phản ứng này là tổng BOD của NT.
(1), (2), (3), (4): lượng oxy tiêu tốn gần gấp 2 lần lượng oxy cho 2 phản ứng đầu.
Khi môi trường cạn nguồn C hữu cơ, các loại vi khuẩn nitơrít hóa (nitrosomonas) và
nitơrat hóa (nitrobater) thực hiện quá trình nitơrat hóa theo 2 giai đoạn:

55NH4+ + 76O2 + 5CO C H NQ + 54NO2- + 52H2O + 109 H+
2

5

7

2

400 NO2- + 19 O + NH + 2 H2O + 5CO
2

b.1) Lọc sinh học

3

2

C H NO + 400 NO35

7

2


- Cơ chế xử lý nước thải theo nguyên tắc lọc-dính bám:
+ Sau một thời gian, màng sinh vật được hình thành và chia thành 2 lớp: lớp ngoài
cùng là lớp hiếu khí được oxy khuếch tán xâm nhập, lớp trong là lớp thiếu oxy (anoxic).Bề
dày màng sinh vật từ 600-1000 micromet trong đó phần lớn là vùng hiếu khí.Do đó quá trình
lọc sinh học thường được xem như là quá trình hiếu khí nhưng thực chất là hệ thống vi sinh

vật hiếu-yếm khí.
+ Thành phần: vi khuẩn (chủ yếu), dộng vật nguyên sinh, nấm, xạ khuẩn,...Sau một
thời gian hoạt động, màng sinh vật dày lên, các chất khí tích tụ phía trong tăng lên và màng
bị bóc khỏi VLL. Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước tăng lên. Sự hình thành các lớp màng
sinh vật mới lại tiếp diễn.
+ Các công trình xử lý nước thải theo nguyên tắc này chia làm 2 loại: loại có VLL
tiếp xúc không ngập trong nước với chế dộ tưới theo chu kỳ và loại có VLL tiếp xúc ngập
trong nước giàu oxy.
- Bể lọc sinh học nhỏ giọt.
- Bể lọc sinh học cao tải.
- Đĩa lọc sinh học.
- Bể lọc sinh học có VLL ngập trong nước (bể biotank).
b.2) XLNT bằng bùn hoạt tính
Các vi sinh vật thường tồn tại ở trạng thái huyền phù. Bể được sục khí để đảm bảo
yêu cầu oxy và duy trì bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng. Huyền phù lỏng của các vi sinh vật
trong bể thông khí được gọi chung là chất lỏng hỗn hợp và sinh khối.
Khi NT đi vào bể thổi khí (bể aerotank), các bông bùn hoạt tính được hình thành mà
hạt nhân của nó là các phần tử cặn lơ lửng.
Các loại vi khuẩn hiếu khí đến cư trú, phát triển dần cùng với các động vật nguyên
sinh, nấm, xạ khuẩn,... tạo nên các bông bùn màu nâu sẫm, có khả năng hấp thụ các chất hữu
cơ hòa tan, keo và không hòa tan phân tán nhỏ.
Vi khuẩn và vi sinh vật sống dùng chất hữu cơ và chất ding dưỡng (N, P) lam thức ăn
để chuyển hóa chúng thành các chất trơ không hòa tan và thành tế bào mới.
Dẫn đến trong bể aeroten lượng bùn hoạt tính tăng dần lên, sau đó được tách ra tại bể
lắng đợt 2, một phần được quay trở lại đầu bể aeroten để tham gia xử lý nước thải theo chu


trình mới Quá trình cứ tiếp diễn đến khi chất thải cuối cùng không thể là thức ăn của các vi
sinh vật được nữa.
Nếu trong nước thải đậm đặc chất hữu cơ khó phân hủy, cần có thời gian để chuyển

hóa thì phần bùn hoạt tính tuần hoàn phải được tách riêng và sục khí oxy cho chúng tiêu hóa
thức ăn đã hấp thụ. Quá trình này gọi là tái sinh bùn hoạt tính.Như vậy quá trình xử lý nước
thải bằng bùn hoạt tính bao gồm các giai đoạn sau:
- Khuấy trộn tạo điều kiện tiếp xúc nước thải với bùn hoạt tính
- Cung cấp oxy để vi khuẩn và vi sinh vật oxy hóa chất hữu cơ
- Tách bùn hoạt tính ra khỏi nước
- Tái sinh bùn hoạt tính tuần hoàn và đưa chúng về bể aerotank
Yêu cầu chung về vận hành:
+ Các bể aerotank phải đảm bảo bề mặt tiếp xúc lớn giữa không khí, nước thải và
bùn.
+ Không khí được cấp vào nước thải bằng: nén khí qua bộ phận khuếch tán ngập
trong nước bằng sục khí hoặc dùng khuấy cơ học thổi vào chất lỏng bằng
thông khí cơ học.
+ Nước thải đưa vào DO >2mg/l, SS < 150mg/l (đối với hàm lượng sản phẩm
dầu mỏ thì < 25mg/l), pH 6,5-9, nhiệt độ 6-30oC, độc tố: GHCP, khoáng hòa
tan: đầy đủ, BOD (chất hữu cơ dễ bị phân hủy), nồng độ các chất dinh dưỡng
khác: đảm bảo.
Phân loại bể aerotank:
+ Theo chế độ thủy động lực có: bể aerotank đẩy, khuấy trộn, trung gian
Theo phương pháp tái sinh bùn hoạt tính: loại có tái sinh tách riêng, loại không có tái
sinh tách riêng
+ Theo tải lượng bùn: loại tải trọng cao, trung bình, thấp
+ Theo số bậc: 1 bậc, 2 bậc, nhiều bậc
+ Theo chiều dẫn nước thải vào: xuôi chiều, ngược chiều
1.1.5.4. Phương pháp xử lý bằng hóa học và hóa lý.
a. Phương pháp đông tụ.
Mục đích: để tăng nhanh quá trình lắng các chất lơ lửng phân tán nhỏ, keo,... người ta
dùng phương pháp đông tụ, khi đó nồng độ chất màu, mùi, lơ lửng sẽ giảm xuống.
Các chất đông tụ thường dùng là nhôm sunfat, sắt sunfat, sắt clorua, Al2(SO4)3 khi
vào nước sẽ tác dụng với bicacbonat trong nước tạo thành Al(OH)3 dạng bông và sẽ hấp phụ

, kết dính các hạt huyền phù, các chất ở dạng keo lơlửng trong NT. Các bông này sẽ lắng
xuống đáy ở dạng cặn.
Al2(SO4)3 + 3Ca(HCO3)2—► 2Al(OH)3 + 3CaSO4 + CO2
Khi dùng các muối sắt:
2FeCl3 + 3Ca(OH)2—► 3CaCl2 + 2Fe(OH)3
Hiệu suất đông tụ cao nhất khi pH 4-8,5. Để tạo các bông lớn, dễ lắng người ta dùng
thêm chất trợ đông. Đó là chất cao phân tử tan trong nước và dễ phân ly thành ion, gồm chất
trợ đông tụ loại anion và cation. Hay dùng là poliacrylamit (CH 2CHCONH2)n , natri silicat
hoạt tính, ...
Giới hạn sử dụng: chọn lựa hóa chất, liều lượng tối ưu, thứ tự cho vào nước, lượng
cặn tạo thành,... phải được tiến hành bằng thực nghiệm, thường dùng 1-5mg/l.
Điều kiện: để phản ứng diễn ra hoàn toàn và tiết kiệm, cần phải: khuấy đều có thể sử
dụng các loại máy trộn khác nhau. Loại hay dùng: cánh quạt cơ giới thì nước thải sẽ chuyển
động vòng và tạo bông dễ dàng ở toàn bộ thể tích.
b. Phương pháp trung hòa.
Nước thải sản xuất trong nhiều lĩnh vực có chứa nhiều axit hoặc kiềm Để ngăn ngừa
hiện tượng xâm thực ở các công trình thoát nước và tránh cho các quá trình sinh hóa ở các
công trình làm sạch và trong hồ, sông không bị phá hoại, người ta phải trung hòa các loại
nước thải đó. Trung hòa còn với mục đích làm cho một số muối kim loại nặng lắng xuống và
tách ra khỏi nước.
Công nghệ ưu tiên: tính đến khả năng trung hòa lẫn nhau giữa các loại nước thải chứa
axit và kiềm.
b.1) Trung hòa bằng cách trộn nước thải chứa axit và nước thải chứa kiềm
Phương pháp này được dùng khi nước thải của xí nghiệp là axit còn xí nghiệp gần đó
có nước thải kiềm. Cả hai loại nước thải này đều không chứa các cấu tử gây ô nhiễm khác.
b.2) Trung hòa nước thải bằng cách cho thêm hóa chất
Nếu nước thải chứa quá nhiều axit hay kiềm tới mức không thể trung hòa bằng cách
trộn lẫn chúng với nhau được thì phải cho thêm hóa chất.

Phương pháp này thường để trung hòa axit.
Hóa chất sử dụng: phế liệu công nghiệp địa phương
Để trung hòa axit vô cơ có thể dùng bất kỳ dung dịch có tính bazơ nào. Hóa chất rẻ
tiền và dễ kiếm là Ca(OH) 2, CaCO3, MgCO3, đôlômit, còn NaOH và xôđa Na 2CO3 chỉ được
dùng khi chúng là phế liệu.
Liều lượng hóa chất được xác định theo điều kiện trung hòa hoàn toàn axit tự do và
lấy lớn hơn tính toán một chút.


Việc đưa dung dịch công tác vào nước thải được tiến hành nhờ bơm hoặc các thiết bị
định lượng (kiểu phao, định mức với áp lực cố định,...)
b.3) Trung hòa nước thải chứa axit bằng cách lọc qua những lớp vật liệu trung hòa.
Sử dụng cho nước thải chứa HCl, HNO 3, H2SO4 với hàm lượng dưới 5g/l và không
chứa muối kim loại nặng.
Cách tiến hành: cho nước thải tiếp xúc các bể vật liệu lọc là đá vôi, magiezit, đá hoa
cương, đôlômit,. kích thước hạt 3-8 cm với tốc độ phụ thuộc vào vật liệu nhưng không quá
5m3/h và thời gian tiếp xúc không quá 10 phút, nước thải có thể chuyển động ngang hoặc
đứng trong bể lọc.
b.4) Dùng khí thải, khói từ lò hơi để trung hòa nước thải chứa kiềm
Đây là biện pháp khá kinh tế để trung hòa nước thải chứa kiềm vì khí từ ống khói
cháy tốt thường chứa khoảng 14% CO2.

1.2. Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải.
Hệ thống xử lý nước thải thường bao gồm tổng hợp các phương pháp lý học (cơ học),
hoá học và sinh học.
Việc áp dụng các phương pháp trên ngoài sự phụ thuộc vào tính chất nước thải, lưu
lượng nước thải còn phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố khác như: kinh phí, diện tích dành
cho hệ thống xử lý, đặc điểm địa hình, hệ thống thoát nước, mục đích sử dụng của nguồn
nước tiếp nhận v.v...
Nhìn chung lại thì một công nghệ xử lý nước thải cần chia làm 3 bậc xử lý :

Xử lý bậc 1: còn gọi là xử lý sơ bộ thông thường là các công trình xử lý lý học (cơ
học) như: Song chắn rác, bể lắng. Các công trình nhằm mục đích tách các chất không tan
trong nước thải. Xử lý bậc 1 nhiều khi mang mục đích xử lý có chất ô nhiễm, tạo điều kiện
phù hợp để đưa tiếp vào hệ thống xử lý tiếp theo. Ví dụ: Xử lý dầu mỡ, trung hoà nước
thải... để tạo điều kiện cho biện pháp xử lý sinh học tiếp theo.
Trong những trường hợp này xử lý bậc 1 có thể là các biện pháp lý - hoá.
Xử lý bậc 2: Thông thường xử lý bậc 2 là các công trình xử lý sinh học dùng để oxy
hoá sinh hoá các chất hữu cơ còn lại dạng tan, keo và không tan (nhưng không lắng được).
Xử lý bậc 3: thường được thực hiện theo yêu cầu xử lý có chất lượng cao hơn. Đó là
các trường hợp cần thiết phải áp dụng các biện pháp như triệt khuẩn, khử tiếp các chất bẩn
còn lại trong nước thải như nitrat, photphat, sunphat....

1.3. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước thải của nhà máy bia.