Nghiên cứu ứng dụng trong Ceratophyllum demersum để xử lý nito, photpho trong nước thải sinh hoạt chợ đầu mối nông sản thủ đức

1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
*******************
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG RONG
Ceratophyllum demersum ĐỂ XỬ LÝ NITƠ,
PHOTPHO TRONG NƢỚC THẢI SINH HOẠT
CHỢ ĐẦU MỐI NÔNG SẢN THỦ ĐỨC
Ngành học: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Niên khóa: 2002- 2006

Sinh viên thực hiện: ĐẶNG CÔNG TRÍ

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 8/2006
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
BỘ MÔN CÔNG NGHỆ SINH HỌC
*******************

2

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG RONG
Ceratophyllum demersum ĐỂ XỬ LÝ NITƠ,
PHOTPHO TRONG NƢỚC THẢI SINH HỌAT
CHỢ ĐẦU MỐI NÔNG SẢN THỦ ĐỨC
GVHD: HỒ THANH BÁ

Nghành học: CÔNG NGHỆ SINH HỌC

Niên khóa: 2002- 2006

Sinh viên thực hiện: ĐẶNG CÔNG TRÍ

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 8/2006
MINISTRY EDUCATION AND TRAINING
NONG LAM UNIVERSITY HO CHI MINH CITY
BIOTECHNOLOGY DEPARTMENT
*******************

3

LỜI CẢM ƠN

APPLICATION RESEARCH Ceratophyllum
demersum TO TREAT WASTEWATER AT
THE THU DUC AGRICULTURAL MARKET
Ho Chi Minh City
8/2006

4
Đầu tiên, tôi xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến toàn thể các thầy cô trong bộ môn
Công Nghệ Sinh Học đã dạy bảo và truyền đạt kiến thức cho tôi trong suốt quá trình
học tập. Xin cảm ơn các thầy cô trong khoa Môi trường đã truyền đạt kinh nghiệm cho
tôi trong quá trình thực hiện đề tài, và đặc biệt là thầy Hồ Thanh Bá đã tận tình hướng
dẫn và giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này.

Tôi thành thật biết ơn:

- Ông Trần Quang Nhường, giám đốc công ty TNHH chợ Nông Sản Thủ Đức , chị
Nam Phương, chú Thông, chú Dũng đã hết lòng tạo điều kiện thuận lợi cho tôi thực
hiện đề tài nghiên cứu này.
- Cô Hà cùng các anh chị ở trung tâm phân tích Môi trường đã chia sẽ kinh nghiệm
và giảp đáp những thắc mắc khó khăn trong quá trình thực hiện đề tài.
- Tiếp đến, tôi xin gởi lời cảm ơn đến tất cả bạn bè những người luôn luôn động viên
ủng hộ tôi trong suốt khóa học.
Cuối cùng, tôi xin tỏ lòng tri ân sâu sắc đối với gia đình , cha mẹ, anh chị em,

những người luôn bên cạnh động viên và giúp đỡ tôi trong những lúc khó khăn về mặt
vật chất cũng như tinh thần, giúp tôi có thêm nghị lực và niềm tin hoàn thành khóa
học.
Một lần nữa xin cho tôi gửi lòng biết ơn chân thành nhất và sâu sắc nhất đến
tất cả mọi người.

TPHCM, ngày 20 tháng 7 năm 2006
Sinh viên thực hiện
Đặng Công Trí






MỤC LỤC

Lời cám ơn

5
Mục lục
Danh mục các bảng
Danh mục các hình vẽ
Danh mục các sơ đồ
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt
Chương I- Mở đầu……………………………………………………………..….….1
I.1 Giới thiệu………………………………………………………………..……...1
I.2 Tính cấp thiết của đề tài……...…………………………………………..……..1
I.3 Mục tiêu của đề tài………………………………………………………...…....1
I.4 Giới hạn phạm vi nghiên cứu đề tài……..………………….……………….….1

I.5 Ý nghĩa khoa học…………………………………………………………….….2
I.6 Ý nghĩa thực tiễn ……………………………………………………………....2

Chương II- Tổng quan……………………………………………………………......3
I. Ô nhiễm nước thải……………………………………………………………………….….3
I.1 Nguồn gốc chất thải……………………………………………………………..3
I.1.1 Khái niệm……………………………………………………………….....3
I.1.2 Nguồn gốc phát sinh ………………………………………………….…..3
I.2 Thành phần và tính chất nước thải..…………………………………………....3
I.3 Phân loại nước thải……………………………………………………………...4
I.4 Tác hại của ô nhiễm...……………………………………………………….….5
II. Các quá trình diễn ra trong nước thải……………………………………………….……6
II.1 Quá trình phân hủy hiếu khí………………………………………………..6
II.2 Quá trình phân hủy kị khí…………………………………………….…….7
II.3 Quá trình tự làm sạch của VSV………………………………………….…7
II.4 Quá trình làm sạch nhờ bùn lắng……………………………………….…..8
II.5 Quá trình khử N
2
...……………………………………….…………….…..8
II.5.1 Nitơ trong nước thải…………………………………………….…8
II.5.2 Chu trình chuyển hóa Nitơ trong các chất hữu cơ………………...9
II.6 Quá trình khử Photpho………………………………………………...….10
III. Các phương pháp xử lý nước thải hiện nay…………………………………………...11
III.1 Phương pháp sinh học………………………………………………..…..11

6
Ưu điểm của phương pháp sinh học………………………….………...13
Nhược điểm của phương pháp sinh học………………………………..13
III.2 Phương pháp hóa lý……………………………………………………....14
Ưu điểm của phương hóa lý……………………………………………14

Nhươc điểm của phương pháp hóa lý…………………………………..14
III.3 Các phương pháp hóa học………………………………………………..14
Ưu điểm của phương pháp hóa học……………………………..14
Nhược điểm của phương pháp hóa học…………………………15
III.4 Phương pháp hóa sinh………………………………………..…………..15
Ưu điểm của phương pháp hóa sinh……………………………15
Khuyết điểm của phương pháp hóa sinh………………………..15
III.5 Các chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm chất thải………………...………..15
III.5.1 Độ pH…………………………………………………………...15
III.5.2 Hàm lượng chất rắn……………………………………………..16
III.5.3 Màu……………………………………………………………...16
III.5.4 Lượng oxy hòa tan………………………………………………16
III.5.5 Chỉ số BOD (nhu cầu oxy sinh hóa –Biochemical Oxygen
Demand)……………………………………………………………………….17
III.5.6 Chỉ số COD (nhu cầu oxy hóa hóa học –Chemical Oxygen
Demand)……………………………………………………………………….17
III.5.7 Hàm lượng nitơ……………………………………………...….17
III.5.8 Hàm lượng photpho……………………………………………..18
III.5.9 Một số thông số khác…………………………………………....18
III.6 Một số tiêu chuẩn chất lượng nước- TCVN 5942-1995…………………18
IV. Đặc tính của rong Ceratophyllum demersum (hornwort)……………………….19
IV.1 Hình dạng………………………………………………………………...19
IV.2 Môi trường sống của rong………………………………………………..19
IV.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự phát triển của rong………………………..19
IV.4 Năng suất sinh khối của thực vật………………………………………...20
IV.5 Những nghiên cứu ứng dụng rong trong xử lý nước thải………………..20
IV.6 Ưu và nhược điểm của phương pháp xử lý chất thải bằng thực vật thủy
sinh……………………………………………………………………………………21

7

IV.6.1 Ưu điểm…………………………………………………………21
IV.6.2 Nhược điểm……………………………………………………..21
IV.7 Thực vật thủy sinh và hiện tượng phú dưỡng……………………………22
IV.8 Khả năng chuyển hóa một số chỉ tiêu quan trọng của môi trường nước bởi
thực vật thủy sinh……………………………………………………………………..22
IV.8.1. Khả năng chuyển hóa BOD
5
…………………………………...23
IV.8.2 Chất rắn…………………………………………………………23
IV.8.3 Chuyển hóa nitơ………………………………………………...23
IV.8.4 Chuyển hóa Photpho……………………………………………24

Chương III: Vật liệu và phương pháp nghiên cứu…..….………………..……………..25
I. Thời gian và địa điểm nghiên cứu…………………………………………...25
II. Vật liệu nghiên cứu………...……………………………………………….25
III. Dụng cụ nghiên cứu………………………………………………………..25
IV. Phương pháp nghiên cứu…………………………………………………..25
IV.1 Nghiên cứu cơ bản….…………………………………………….25
IV.2 Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt của rong
Ceratophyllum demersum……………….…..………………………………………...26
IV.3 Nghiên cứu xây dựng mô hình kết hợp...…………………………27
V. Phương pháp xác định……………………………………………………...28
Chỉ tiêu pH……………………………………………………………..28
Chỉ tiêu COD…………………………………………………………..28
Chỉ tiêu BOD
5
………………………………………………………. ..29
Chỉ tiêu nitơ hữu cơ…………………………………………………….30

Chỉ tiêu NO

3
-
…………………………………………………………...30
Chỉ tiêu NH
4
+
…………………………………………………………...31
Chỉ tiêu photpho………………………………………………………..31
Chỉ tiêu SS……………………………………………………………...32
VI. Phương pháp xử lý số liệu…………………………………………………32

Chương IV: Kết quả và thảo luận………………………………………………….33
IV.1 Kết quả của quá trình nghiên cứu cơ bản………………………………...33

8
IV.2 Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng rong
…………………………………………………………………………………34
IV.3 Kết quả của nghiên cứu xây dựng mô hình kết hợp……………………..36
IV.4 Kết quả năng suất sinh khối của rong …………………………………...38
Nhận xét tổng quát

ChươngV: Kết luận và kiến nghị…………………………………………………..39
I. Kết luận……………………………………………………………………..40
II. Kiến nghị…………………………………………………...………………40

Tài liệu tham khảo…………………………………………………………………..41
Phụ lục

DANH MỤC CÁC BẢNG


9

Bảng 2.1 Tiêu chuẩn chất lượng theo TCVN 6984-2001
Bảng 3.1 Thời gian các vùng xử lý của mô hình A
2
/O
Bảng 4.1 Kết quả hàm lượng NO
3
-N đo được của nghiên cứu cơ bản
Bảng 4.2 Kết quả của hàm lượng NH
4
+
-N đo được của nghiên cứu cơ bản
Bảng 4.3 Kết quả của hàm lượng PO
4
3-

-P đo được của nghiên cứu cơ bản
Bảng 4.4 Kết quả chỉ tiêu COD của nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt
bằng rong
Bảng 4.5 Kết quả chỉ tiêu BOD
5
của nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt
bằng rong
Bảng 4.6 Kết quả chỉ tiêu Nitơ tổng của nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt
bằng rong
Bảng 4.7 Kết quả chỉ tiêu Photpho tổng của nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh
hoạt bằng rong
Bảng 4.8 Kết quả chỉ tiêu SS của nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt bằng
rong
Bảng 4.9 Giá trị các thông số của nước thải chưa qua xử lý
Bảng 4.10 Kết quả chỉ tiêu COD của nghiên cứu xây dựng mô hình kết hợp
Bảng 4.11 Kết quả chỉ tiêu BOD
5
của nghiên cứu xây dựng mô hình kết hợp
Bảng 4.12 Kết quả chỉ tiêu Nitơ tổng của nghiên cứu xây dựng mô hình kết hợp
Bảng 4.13 Kết quả chỉ tiêu Photpho tổng của nghiên cứu xây dựng mô hình kết hợp
Bảng 4.14 Kết quả của chỉ tiêu SS của nghiên cứu xây dựng mô hình kết hợp







DANH MỤC CÁC HÌNH

10

Hình 2.1 Rong trong thực tế nghiên cứu
Hình 2.2 Rong nuôi trong bể xử lý
Hình 3.1 Rong xử lý trực tiếp nước thải
Hình 3.2 Mô hình xử lý nước thải thiết lập trong thực tế

DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ



11
Sơ đồ 2.1 Thành phần của chất thải
Sơ đồ 2.2 Sự thay đổi số lượng VSV khi đổ nước thải vào
Sơ đồ 2.3 Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ chứa Nitơ trong nước thải
Sơ đồ 2.4 Phản ứng tổng hợp tế bào
Sơ đồ 2.5 Sự chuyển hóa vật chất hữu cơ trong tự nhiên
Sơ đồ 3.1 Mô hình hóa của quá trình A
2
/O

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT



12
BOD Nhu cầu oxi sinh học (Biochemical Oxygen Demand)
COD Nhu cầu oxi hóa học (Chemical Oxi Demand)
SS Chất lơ lửng (Suspended Solid)
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
VSV Vi sinh vật
TVTS Thực vật thủy sinh
A
2
/O Quá trình xử lý kết hợp 3 giai đoạn là yếm khí- thiếu khí- hiếu khí

Chƣơng I: Mở đầu

I.1. Giới thiệu


13
Hiện nay ở Việt Nam đặc biệt là thành phố Hồ Chí Minh, tình trạng ô nhiễm
đang ở mức báo động cao. Tình trạng khói, bụi và nhất là ô nhiễm nước tập trung ở các
khu vực đông dân cư, chợ…đang là vấn đề gây nhức nhối hiện nay.
Theo thống kê của bộ Khoa Học Công nghệ và Môi trường mức độ ô nhiễm khi
thải ra đều vượt quá mức cho phép. Điều này gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến an toàn
sức khỏe của con người và các sinh vật sống trong môi trường đó.
So với việc xử lý nước ô nhiễm từ các nhà máy sản xuất, các khu chế xuất công
nghiệp thì việc xử lý ô nhiễm ở các chợ cũng quan trọng không kém. Thành phố Hồ
Chí Minh là nơi đông dân cư tập trung nhiều chợ phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt của
người dân. Có nhiều loại nước được thải ra trong chợ chưa qua xử lý thích hợp. Đây là
nguyên nhân chính gây ra ô nhiễm môi trường. Hiện nay đã có nhiều biện pháp xử lý
nước thải được ứng dụng, trong đó xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học đang
phổ biến vì tính hiệu quả, ít đầu tư, và phù hợp với tình hình điều kiện kinh tế ở nước
ta.
Được biết như loài thực vật thủy sinh dễ trồng, phát triển rất nhanh, và có khả
năng hấp thụ nitơ- photpho cao trong nước thải sinh hoạt. Rong Ceratophyllum
demersum (hay còn gọi là Hornwort) được sử dụng nhiều nơi vì có thể thích hợp trồng
ở mọi địa hình và không gây hại cho những sinh vật khác cũng như môi trường sinh
thái xung quanh. Ở Việt Nam, nhiệt độ và khí hậu rất thích hợp cho sự phát triển của
rong. Việc ứng dụng rong này để xử lý nước thải là một vấn đề hoàn toàn mới hiện
nay.

Với mục đích tìm hiểu về phương pháp cũng như là hiệu quả xử lý nước thải
sinh hoạt bằng biện pháp sinh học, tôi tiến hành thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ứng
dụng rong Ceratophyllum demersum để xử lý Nitơ, Photpho trong nước thải sinh
hoạt chợ đầu mối Nông Sản Thủ Đức”


I.2. Tính cấp thiết của đề tài

Nguồn nước thải sinh hoạt hằng ngày không an toàn, chứa nhiều hợp chất hữu
cơ, các VSV có hại và vi khuẩn gây bệnh…thường là nguyên nhân trực tiếp hay gián

14
tiếp gây ảnh hưởng đến sức khỏe người dân và môi trường sống xung quanh. Vì vậy,
xử lý nước thải sinh hoạt trong chợ trở thành một vấn đề cần thiết và cấp bách.

I.3. Mục tiêu nghiên cứu

 Xác định hiệu quả xử lý nước thải của rong.
 Xây dựng mô hình xử lý kết hợp với rong để đạt hiệu quả tốt nhất.


I.4. Giới hạn phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt ở chợ đầu mối Nông Sản Thủ Đức thành phố
Hồ Chí Minh.
- Do tính giới hạn đề tài nên chỉ xác định các chỉ tiêu pH, COD, BOD
5
, SS, tổng Nitơ,
tổng Photpho.

I.5. Ý nghĩa khoa học

Tìm hiểu sâu hơn về khả năng và cơ chế của thực vật thủy sinh nói chung và
rong Ceratophyllum demersum nói riêng trong việc ứng dụng vào xử lý các loại nước
thải đa dạng hơn.
Tăng mức độ hiểu biết về thiết lập mô hình xử lý nước thải trong thực tế bằng
phương pháp sinh học kinh tế và hiệu quả.

I.6. Ý nghĩa thực tiễn

 Giảm thiểu ô nhiễm môi trường do các loại nước thải sinh hoạt gây ra.
 Xây dựng mô hình xử lý phù hợp với tình hình và điều kiện nơi xử lý.
 Nước thải sau xử lý có thể làm nguồn nước tưới cho cây trồng và cây hoa màu
khác.
 Sinh khối từ thực vật được sử dụng làm thức ăn cho gia súc.

15

Chƣơng II: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

I. Ô nhiễm nƣớc thải

I.1.Nguồn gốc chất thải

16

I.1.1. Khái niệm

Nước thải là nguồn nước đã qua sử dụng có chứa một lượng lớn các tạp chất vô
cơ và hữu cơ hòa tan. Nếu không kiểm soát được hàm lượng nước thải và không xử lý
thích hợp thì sẽ gây ra những hậu quả khó lường trước được. Thông thường nước thải
được phân loại dựa vào nguồn gốc phát sinh ra chúng như nước thải đô thị, nước thải
công nghiệp, nước thải tự nhiên... Tuy nhiên, ở đây chúng tôi chỉ đề cập đến nước thải
sinh hoạt như là nguyên nhân chính dẫn đến ô nhiễm môi trường do hoạt động sinh
hoạt hằng ngày của con người.

I.1.2. Nguồn gốc phát sinh

 Nước thải từ các khu vực sinh hoạt trong chợ như khu hành chính, khu vực văn
phòng, và khu vực dân cư sinh sống.
 Nước thải từ các bể tự hoại của 5 nhà vệ sinh trong lồng chợ
 Nước thải từ nước rửa các loại hàng hóa, vệ sinh chợ.
 Nước ép rác từ trạm xử lý rác của chợ.
 Nước tưới cây.
 Nước mưa chảy tràn trong khu vực chợ.


I.2. Thành phần và tính chất nước thải

Nước thải là một hỗn hợp phức tạp, bao gồm nước và nhiều chất bẩn khác
nhau. Thành phần chất bẩn trong nước thải sinh hoạt được biểu diễn theo sơ đồ sau:

17


Sơ đồ 2.1 Thành phần của chất thải
(Nguồn: Công nghệ xử lý nước thải của Nguyễn Đức Lượng)

Ngoài ra trong nước thải còn chứa nhiều loại vi sinh vật như vi khuẩn, virut,
nấm, rong, tảo, trứng giun sán…Các vi sinh vật này có khả năng gây bệnh và có thể
tạo thành dịch bệnh rất nguy hiểm.

I.3. Phân loại nước thải

Các loại nước thải được hình thành có số lượng, thành phần, và tính chất hoàn

toàn khác nhau. Tuy nhiên để thuận tiện cho việc xử lý và tái sử dụng, người ta chia
làm 3 loại chính:

Nước thải chứa phân. Trong nước thải luôn tồn tại nhiều loại vi khuẩn khác
nhau dễ gây mùi hôi thối và gây bệnh. Hàm lượng các chất hữu cơ (BOD) và
các chất dinh dưỡng như Nitơ và photpho cao trong nước thải sẽ dẫn đến ô
Nước thải
99% Nước
1% Chất thải rắn
50-70%
các chất
hữu cơ
30-50% các
chất vô cơ
65%
Protein
25%
Cacbohydrat
10% chất
béo
Cát Muối
Kim
loại

18
nhiễm nguồn nước mặt, gây hại đến sức khoẻ người dân sống vùng lân cận.
Tuy nhiên, chúng thích hợp cho việc làm phân bón hoặc tạo khí sinh học.

Nước thải từ các thiết bị vệ sinh như bồn tắm, bồn vệ sinh trong chợ. Loại này
chủ yếu là chất lơ lửng, chất tẩy rửa nên thường gọi là “nước xám”. Nồng độ

các chất hữu cơ trong loại nước thải này thường thấp và rất khó phân hủy sinh
học. Trong nước thải này cũng chứa nhiều tạp chất vô cơ.

Nước thải từ việc sinh hoạt trong chợ và những nguồn khác. Các loại này
thường có hàm lượng lớn các chất hữu cơ (BOD, COD) và các nguyên tố dinh
dưỡng khác (Nitơ- Photpho). Các chất bẩn trong nước thải này dễ tạo khí sinh
học và tạo phân bón.

Để xử lý, ta quan tâm đến các thành phần sau của nước thải:
 Các chất rắn (chủ yếu là rắn lơ lửng).
 Các chất hữu cơ (chủ yếu là các chất có thể phân huỷ sinh học).
 Các chất dinh dưỡng (các hợp chất Nitơ và Photpho).
 Các vi sinh vật gây bệnh.
 Hàm lượng BOD, COD.

I.4. Tác hại của ô nhiễm

- Gây ô nhiễm nguồn nước mặt và nguồn nước ngầm. Nước thải không qua xử
lý sẽ gây ô nhiễm cả một vùng hay một khu vực nào đó. Khi mưa xuống hay vì một
nguyên nhân khách quan nào đó sẽ khiến cho nước ô nhiễm chảy tràn mặt đất, gây ô
nhiễm nguồn nước mặt và cả nguồn nước ngầm nếu có.

- Làm giảm sự đa dạng sinh học, gây mất cân bằng sinh thái. Nguyên nhân là do
nước ô nhiễm sẽ làm giảm lượng oxy hòa tan trong nước. Từ đó làm thay đổi hoàn
toàn hệ sinh thái có trong nước. Ngoài ra khi nước ô nhiễm hòa cùng với nguồn nước
mới thì số lượng VSV sẽ giảm đột ngột do chưa thích nghi kịp với môi trường mới.
Cũng có trường hợp VSV chết hàng loạt do nước thải có nhiệt độ quá cao hay mức độ

19
ô nhiễm nặng. Đây là biểu đồ chứng minh sự tăng trưởng của cả hai loài VSV cũ và

mới:

Sơ đồ 2.2 Sự thay đổi số lượng VSV khi đổ nước thải vào


- Ảnh hưởng và tác động lâu dài lên những hệ sinh thái khác khi nước thải ô
nhiễm quá nặng hay trong nước thải có chứa nhiều chất độc hại. Những chất này tiêu
diệt VSV, thực vật thủy sinh, động vật thủy sinh, ngăn cản chu kỳ chuyển hóa của
nhiều chất liên quan. Khi chu kỳ này bị ảnh hưởng sẽ dẫn đến ứ đọng vật chất và ao
hồ. Do đó, lượng oxy ngày càng ít và ô nhiễm ngày càng nặng hơn.

- Ảnh hưởng đến sức khỏe con người và những sinh vật sống khác. Nước thải
không xử lý triệt để sẽ thay đổi mạnh về đặc tính hóa lý và sinh học. Ngoài ra ô nhiễm
nước thải còn tạo điều kiện cho các vi khuẩn gây bệnh phát triển mạnh, gây phát tán
đến những vùng lân cận. Sự thay đổi về tính chất và phát tán mạnh chính là nguyên
nhân chính gây hậu quả nghiêm trọng.

II. Các quá trình diễn ra trong nƣớc thải

II.1. Quá trình phân hủy hiếu khí

2
1
1- Số lượng VSV khi đổ
nước thải vào nguồn
nước
2- Số lượng VSV ở nguồn
nước bị ô nhiễm bởi
nước thải
Số

lượng
VSV
(Tb/l)
Thời gian (giờ)

20
Khi oxy được tạo ra trong môi trường sẽ có một phần thoát ra. Phần thoát ra là
oxy tự do. Phần oxy hòa tan còn lại trong môi trường nước sẽ tham gia vào các phản
ứng hóa học và các phản ứng sinh học.Các phản ứng phân hủy các hợp chất hữu cơ cần
rất nhiều oxy. Nếu nước thải chứa nhiều chất hữu cơ cần phân giải và các chất vô cơ
cần oxy hóa thì nhu cầu oxy rất lớn. Trong điều kiện tự nhiên, nếu nước chứa một
lượng các chất hữu cơ và vô cơ tương ứng với nhu cầu oxy có trong nước để tiến hành
các quá trình oxy hóa sinh học và oxy hóa hóa học thì quá trình tự làm sạch nước tự
nhiên được thiết lập và xảy ra rất hiệu quả. Khi đó không cần tác động vào môi trường,
nước cũng tự động làm sạch.

Quá trình chuyển hóa vật chất trong tế bào vi sinh vật gồm hàng loạt các phản
ứng hóa sinh là đồng hóa và dị hóa cũng xảy ra.Quá trình này gồm 3 giai đoạn như
sau:
Oxy hóa các chất hữu cơ
C
x
H
y
O
z
+O
2
CO
2

+H
2
O+ ∆H

Tổng hợp xây dựng tế bào
C
x
H
y
O
z
+O
2
 tế bào VSV +CO
2
+ H
2
O+ C
5
H
7
NO
2
- ∆H

Tự oxy hóa chất liệu tế bào (tự phân hủy)
C
5
H
7

NO
2
+5O
2
 5CO
2
+ 2H
2
O + NH
3
- ∆H

Với sự tham gia của các VSV như Pseumonas, Bacillus, Alealigenes,
Flavobacterium…

Trong trường hợp nước chứa nhiều chất hữu cơ và vô cơ vượt quá mức oxy cần
thiết có trong nước để oxy hóa chúng thì nước sẽ bị ô nhiễm. Khi đó người ta can thiệp
bằng cách cung cấp O
2
từ bên ngoài vào để thiết lập trạng thái cân bằng giữa lượng
chất ô nhiễm và nhu cầu oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa sinh hoc và quá trình oxy
hóa hóa học. Điều này giúp hình thành phương pháp xử lý nước thải thích hợp hơn.

II.2. Quá trình phân hủy kị khí

21
Quá trình phân hủy kị khí là quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ cặn bùn,
cặn thải... Trong nước thải ở điều kiện không có oxy phân tử bởi các VSV kị khí. Quá
trình này gồm 2 giai đoạn:

+ Giai đoạn thủy phân
VSV tiết ra enzyme thủy phân. Các chất hữu cơ sẽ bị thủy phân thành đường
đơn giản. Ví dụ như protein thành albumor, peptone, peptide, acid amin, chất béo
thành glycerin.

+ Giai đoạn tạo khí
Sản phẩm thủy phân sẽ tiếp tục bị phân giải tạo thành sản phẩm cuối cùng là
hỗn hợp khí là CH
4
, CO
2
, và một số ít H
2
, N
2
, H
2
S…
Hỗn hợp khí CH
4
này chiếm 60- 75% (đây còn được gọi là quá trình sinh mê tan). Vi
khuẩn tham gia quá trình này được chia làm hai loại như:
Vi khuẩn không sinh mêtan gồm Clostridium, Bacillus cereus…và vi khuẩn sinh
mêtan như Methanobacillus, Methanobacterium…

II.3. Quá trình tự làm sạch của VSV

VSV chỉ chuyển hóa những vật chất mà chúng có khả năng. Trong tự nhiên
không tồn tại nhữngVSV có khả năng chuyển hóa toàn diện. Trước tiên, VSV sẽ
chuyển hóa vật chất dễ chuyển hóa trước, sau đó mới đến những vật chất khó chuyển

hóa. Mặt khác, các quá trình chuyển hóa này thường xảy ra do một loạt các VSV khác
nhau. Do đó, nếu trong môi trường thiếu một giống hay một nhóm VSV nào đó, quá
trình chuyển hóa sẽ bị ngưng trệ và môi trường bị ô nhiễm. Như vậy việc tự làm sạch
phụ thuộc trước tiên vào số lượng vật chất thải vào trong môi trường. Nếu lượng vật
chất quá lớn vượt quá khả năng chuyển hóa của VSV sẽ gây ô nhiễm nặng.

Vấn đề thứ hai là điều kiện môi trường thúc đẩy hoặc kiềm hãm quá trình tự
làm sạch này. Khi đó oxy đóng vai trò quan trọng trong quá trình chuyển hóa nhờ
VSV. Mức độ tiêu thụ oxy để chuyển hóa vật chất hữu cơ phản ánh khả năng tăng

22
trưởng của VSV và khả năng tiêu thụ vật chất có trong môi trường. Do đó nhu cầu oxy
sinh học (BOD) là một trong những chỉ tiêu quan trọng để xác định mức độ ô nhiễm.

VSV chỉ có khả năng hấp thụ oxy ở dạng hòa tan trong nước. Các chất hữu cơ
có càng nhiều thì khả năng hòa tan oxy và phân hủy các chất hữu cơ càng kém. Ngoài
ra, các VSV ở trong nước thải cũng là nguồn dinh dưỡng cho động vật khi những VSV
này còn sống hay sẽ là nguồn dinh dưỡng của thực vật khi tế bào chúng bị phân hủy và
được vô cơ hóa. Nếu trong môi trường nước thải không chứa độc tố có nồng độ quá
cao thì sự phát triển của sinh vật đó có xu hướng tạo ra sự hài hòa hay gọi là tạo ra sự
cân bằng mới. Ở đó, VSV sẽ phân giải và làm giảm các chất hữu cơ tạo điều kiện
thuận lợi cho các loài rong, rêu, VSV, và thực vật thủy sinh phát triển. Bản thân những
thực vật thủy sinh cũng góp phần tham gia chuyển hóa các chất có trong nước.

Khi nắm vững quy luật phát triển của sinh vật ta có thể điều khiển và tạo lập
một hệ cân bằng sinh thái có lợi cho xử lý nước thải. Tuy nhiên điều này cũng rất khó
thực hiện vì những chất ô nhiễm thường tác động rất mạnh đến VSV. Hàm lượng BOD
hay COD quá cao sẽ kiềm hãm sự phát triển của VSV. Vì thế, ta không thể thiết lập
được hệ sinh thái cân bằng mà phải có biện pháp xử lý hàm lượng trên đến mức độ
thích hợp mà VSV có thể phát triển được.

II.4. Quá trình làm sạch nhờ bùn lắng

Quá trình bùn hoạt tính được phát triển ở Anh vào năm 1914 bởi Andern và
LovkKett. Nó bao gồm sự sản xuất sinh khối VSV hoạt tính, sự phát triển lơ lửng chất
thải và khả năng khoáng hóa các chất thải trong điều kiện hiếu khí. Sau thời gian thích
nghi, các tế bào bắt đầu tăng trưởng, sinh trưởng, và phát triển mạnh. Nước thải bao
giờ cũng có những hạt lơ lửng khó lắng. Các tế bào vi khuẩn sẽ dính vào các hạt lơ
lửng và phát triển thành bông cặn có hoạt tính phân hủy chất hữu cơ nhiễm bẩn trong
nước. Các hạt bông này nếu được thổi khí và khuấy đảo sẽ lơ lửng trong nước và lớn
dần do hấp thụ nhiều hạt rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh, nguyên sinh động vật và các
chất độc khác. Những hạt bông này khi ngừng thổi khí, hoặc các cơ chất dinh dưỡng

23
cho VSV cạn kiệt, chúng sẽ lắng xuống đáy bể tạo thành bùn. Bùn này được gọi là bùn
hoạt tính.

Bùn hoạt tính là bùn tập hợp nhiều các chủng loài VSV khác nhau, chủ yếu là vi
khuẩn, kết lại thành dạng bông với trung tâm là các hạt lơ lửng trong nước. Các bông
này có màu vàng nâu, dễ lắng có kích thước từ 3-150mm. Những bông này gồm các
VSV sống và cặn rắn (khoảng 30%- 40% thành phần cấu tạo bông, nếu trong điều kiện
hiếu khí bằng thổi khí và khuấy đảo đầy đủ trong thời gian ngắn thì con số này khoảng
30%, thời gian dài thì 35%, còn kéo dài là 40%).

Những VSV sống ở đây chủ yếu là vi khuẩn, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn,
nguyên sinh động vật…

II.5. Quá trình khử Nitơ

II.5.1. Nitơ trong nước thải

Nitơ không gây ra các vấn đề phú dưỡng nhưng các chỉ tiêu về nitơ trong nước
cấp nếu vượt quá mức cho phép sẽ gây ra mối đe dọa nghiêm trọng đối với sức khỏe
con người, mặc dù bản thân nitrat không phải là chất nguy hiểm. Tuy nhiên trong
đường ruột trẻ nhỏ thường tìm thấy các loại vi khuẩn có khả năng chuyển hóa nitrat
thành nitrit. Nitrit này có ái lực hồng cầu trong máu mạnh hơn trong oxy. Khi nó thay
thế oxy tạo thành methemoglobin, khiến hợp chất này không thể nhận oxy, gây bệnh
xanh xao ở trẻ nhỏ và có thể dẫn đến tử vong.

Nitơ là nguyên tố cần thiết cho quá trình tổng hợp các hợp chất hữu cơ chứa nitơ
trong cơ thể sinh vật. Chúng có mặt trong protein, enzym, lipoprotein, axit nucleic, các
hormone, kháng sinh và nhiều thành phần khác nhau của tế bào. Nitơ được coi là thành
phần không thể thiếu trong tế bào sinh vật.

Để tiến hành quá trình đồng hóa các hợp chất hữu cơ có chứa nitơ trong môi
trường nước, VSV phải tổng hợp được enzym ngoại bào. Enzym này sẽ phân giải

24
protein thành các axit amin và nhiều thành phần khác nữa. Vì thế, trong môi trường
nước thường tồn tại các dạng nitơ sau: nitơ amin, nitơ amoniac, nitơ nitrit, nitơ nitrat,
và nitơ tự do.

II.5.2. Chu trình chuyển hóa Nitơ trong các chất hữu cơ

Chu trình chuyển hóa của Nitơ theo sơ đồ sau:



Sơ đồ 2.3 Quá trình chuyển hóa các chất hữu cơ chứa Nitơ trong nước thải
(Nguồn công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học của Lương Nhất Phẩm)

Quá trình này gồm 4 giai đoạn:

- Quá trình amon hóa
Nitrogen hữu cơ
(protein, ure)
N.amonia

Nitrit (NO
2
)
Nitrat (NO
3
)
N
2
tự do
Cacbon hữu cơ
N-thực vật-
vi sinh vật
N- hữu cơ
động vật
Vi khuẩn phân
hủy & thủy phân
O
2

Nitrosomonas
O

2

Nitrobacter
N
i
t
r
a
t

h
ó
a
Thiobacillus denitrifican
Phản nitrat hóa
(B.denitricans,
B.lichennifornus)
Đồng hóa
Tự phân và sự oxy hóa
Tế bào chết

25
Có nhiều VSV tham gia, có khả năng chuyển hóa các hợp chất hữu cơ tạo thành
NH
4
+


- Quá trình Nitrit và Nitrat hóa
Chuyển NH

4
+
thành NO
2
-
, NO
3
-


NH
4
+
+1,5O
2
NO
2
-
+2H
+
+H
2
O

Và NO
2
-
+ 0,5 O
2
NO

3
-
+ 2H
-
+ H
2
O

- Quá trình phản nitrat hóa
Quá trình chuyển hóa NO
3
-
thành N
2
. Có thể có 3 cơ chế chuyển hóa:

Khử đến nitrit: HNO
3
+ 2H  HNO
2
+ H
2
O
Khử đến NH
3
: HNO
3
+ 8H  NH
3
+3H

2
O
Khử đến N
2
tự do: 2HNO
3
 2HNO
2
HNO  N
2


Trong bể aerotank có khoảng 20- 40%, NH
4
+
được chuyển thành sinh khối tế bào.
Tùy loại VSV mà quá trình xảy ra nhanh hay chậm khác nhau. Để khử N
2
ta phải quan
tâm đến các điều kiện cơ bản sau:

Nồng độ NH
4
+
và NO
2
-
trong nước thải
Tỉ số BOD
5

và tổng hàm lượng N
2

Nồng độ oxy hòa tan
Nhiệt độ
pH trong nước thải

II.6. Quá trình khử photpho

Photpho là thành phần khoáng rất quan trọng trong tế bào VSV và là yếu tố dinh
dưỡng thiết yếu trong sự phát triển của thực vật và động vật. Đối với nhiều loài VSV,
lượng photpho có trong tế bào chiếm đến 50% tổng lượng khoáng. Photpho có mặt
VK Nitrosomonas
VK Nitrobacter