BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH
Nguyễn Anh Dũng
NGHIÊN CỨU VAI TRÒ CỦA VI SINH
VẬT TRONG QUÁ TRÌNH XỬ LÍ NƯỚC
THẢI TRÊN MÔ HÌNH HỢP KHỐI
AEROTEN VÀ LỌC SINH HỌC.
LUẬN VĂN THẠC SĨ SINH HỌC
trên thì phương pháp xử lí nước thải bằng biện pháp sinh học hiếu khí nhân tạo được xử dụng rộng rãi
và có hiệu quả nhất. Đề tài “ Nghiên cứu vai trò của vi sinh vật trong quá trình xử lí nước thải đô thị
trên mô hình hợp khối aeroten và lọc sinh học” nhằm góp một phầ
n nhỏ làm giảm thiểu ô nhiễm môi
trường ở thành phố Hồ Chí Minh.
2. Mục tiêu của đề tài
Nghiên cứu quy trình làm sạch các chất hữu cơ dễ phân hủy nhờ vi sinh vật trong nước thải đô
thị trên kênh Tân Hóa. Bước đầu xử lí chất bẩn chứa Nitơ và Photpho bằng phương pháp bùn hoạt tính
và màng sinh học dựa trên mô hình hợp khối.
3. Nội dung đề tài
- Phân tích các chỉ tiêu cơ bản để đánh giá sự ô nhiễ
m của nước thải ở khu vực nghiên cứu.
- Chế tạo mô hình hợp khối 50 lít dùng trong xử lí nước thải.
- Nghiên cứu quá trình làm việc ổn định theo mẻ của mô hình hợp khối.
- Nghiên cứu số lượng, thành phần, hoạt tính sinh học của vi khuẩn trong bùn lơ lửng và màng
sinh học.
- Nghiên cứu quá trình làm việc ổn định theo dòng của mô hình hợp khối.
- Khảo sát khả năng xử lí Nitơ của vi khuẩn trong bùn hoạt tính và màng sinh học. Chương 1:
nghiệp, lâm nghiệp dùng nhiều thuốc bảo vệ thực vật hay nguồn nước thải của những nhà máy chưng
cất dầu mỏ, nhà máy hóa chất, phân bón, acquy – chì .v.v…[5, 14, 24]
+ Các hợp chất của phenol
PCP (pentaclorophenol) gây độc cho quá trình hô hấp ( WHO đã quy định hàm lượng 2,4
triclophenol và PCP với nước uống là < 1µg/l, và FAO đã quy định <5mg/l với nước nuôi trồng thủy
sản).[5, 11,14]
+ Các chất bảo vệ thực vật
Người ta thường chia thành thuốc diệt sâu, thuốc diệt cỏ, thuốc chống vi khuẩn, thuốc diệt nấm
mốc, thuốc diệt loài gặm nhấm… WHO đã quy định hàm lượng cho phép các chất bảo vệ thực vật
trong nước u
ống và FAO quy định nồng độ cho phép các chất bảo vệ thực vật trong nước nuôi trồng
thủy sản: hàm lượng tổng cộng Clo hữu cơ <0,1µg/l và phospho hữu cơ < 0,2µg/l,[5, 11, 14].
+ Các hợp chất cacbuahydro
Là thành phần chủ yếu của dầu mỏ, khí đốt, chúng có thể là những hợp chất no hay không no, có
mạch vòng hay mạch nhánh…,[5, 11,14].
+ Xà phòng và chất tẩy rửa
Chúng thường là những muối của acid béo bậc cao như natri stearat xử dụng như tác nhân làm
s
ạch. Xà phòng không phải là tác nhân gây ô nhiễm cơ bản cho nước. Tuy nhiên, các chất tẩy rửa và xà
phòng hàng năm được sản xuất tới 25 triệu tấn/năm nên cho dù chúng ít gây độc cho con người và các
sinh vật nhưng cũng gây ảnh hưởng nhiều đến chất lượng nước. Mặt khác trong xà phòng cũng có
nhiều polyphotphat nên khi chúng phân hủy thì làm thực vật thủy sinh trong nước phát triển mạnh, [5,
11,14, 24, 34].
+ Tanin và lignin
Đây là hai chất có nguồn gốc thực vật, chúng có nhiều trong nước th
ải của nhà máy thuộc da và
nhà máy giấy. Các chất này làm cho nước có màu nâu hay đen, có độc tính cao với thực vật thủy sinh
gây ô nhiễm nhiều đến chất lượng nước, [5, 11,14].
1.1.1.2. Các chất vô cơ
Trong nước thải thường chứa nhiều chất vô cơ tùy thuộc vào nguồn nước thải. Ngoài ra trong
Nitrat thường có nồng độ 10mg/l ở nước bị ô nhiễm do chất thải hay phân bón làm cho rong tảo
dễ phát triển. Nitrat khi vào cơ thể sẽ kết hợp với một số chất tạo thành nitroso là chất có khả năng gây
ung thư. Nếu nồng độ cao trong máu thì có thể gây bệnh thiếu máu, [5, 11, 14, 24].
b. Các chất chứa Photpho
Photpho trong nước thường ở dạng ortho là muối photphat của acid photphoric : (H
2
PO
4
)
-
,
(HPO
4
)
2-,
(PO
4
)
3-
từ xác động vật thối rữa hay là phân bón. Ngoài ra photphat trong nước còn là do
những chất tẩy rửa có cứa polyphotphat.
Bản thân photphat không phải là chất gây độc nhưng trong nước thì nó là nguyên nhân gây nước nở
hoa. .[5, 11, 14, 24]
c. Các kim loại nặng
Trong nước thải có thể chứa kim loại nặng có độc tính cao với người và động vật như: chì (Pb),
thủy ngân (Hg), Asen (As), Crom (Cr), Cadimi (Cd)…Trong đó chì và thủy ngân là hai kim loại nặng
rất nguy hiểm thường xuất hiện trong nước thải, [ 14].
Chì có kh
ả năng thâm nhập vào cơ thể sinh vật và tích tụ lại, đặc biệt là ở thực vật thủy sinh thì
chì có thể tích lũy lại với hàm lượng rất cao. ở người hay động vật thì chì ít gây độc cấp tính mà tích
ả năng tấn công vào liên kết disulfide trong mạch của phân tử
protein. Do sự phong tỏa enzyme chứa sắt cytochrom – oxidase dẫn đến quá trình ngừng hô hấp. Nồng
độ cho phép của WHO với xianua trong nước uống là 70µg/l, còn với các nước EU là 50µg/l,[ 14, 23].
1.1.2. Các chỉ tiêu đánh giá mức độ ô nhiễm của nước thải
1.1.2.1. Chỉ số COD ( nhu cầu oxi hóa học – Chemical Oxigen Demand)
Chỉ số này dùng để xác định hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải và sự ô nhiễm của nướ
c tự
nhiên. COD là lượng oxi cần thiết cho quá trình oxi hóa toàn bộ các chất hữu cơ trong mẫu nước thành
CO
2
và nước.
Để xác định chỉ số này người ta thường dùng những chất có tính oxi hóa mạnh trong môi
trường acid như kali penmanganat (KMnO
4
) hay kali bicromat ( K
2
Cr
2
O
7
), trong hai chất trên thì kali
bicromat thường được dùng nhiều hơn vì cho kết quả chính xác hơn, [11, 14, 23, 24, 34].
1.1.2.2. Chỉ tiêu BOD ( Nhu cầu oxi sinh hóa – Biochemical Oxigen Demand)
Nhu cầu oxi sinh hóa là lượng oxi cần thiết để oxi hóa các chất hữu cơ có trong nước nhờ vi sinh
vật. Các vi sinh vật tham gia chính ở đây là những vi khuẩn hoại sinh và quá trình này gọi là quá trình
oxi hóa sinh học.
Chất hữu cơ + O
2
+ vi sinh vật CO
2
k : Tốc độ phản ứng (d-1) tính theo hệ số e
BOD
5
thích hợp cho những nước ôn đới có nhiệt độ thấp nhưng ở những nước nhiệt đới thì
thường dùng chỉ số BOD
3
là lượng oxi cần thiết trong 3 ngày đầu khi ủ ở nhiệt độ 30
o
C.
COD và BOD đều là các chỉ số định lượng chất hữu cơ có trong nước thải có khả năng bị oxi
hóa. Nhưng COD cho thấy toàn bộ chất hữu cơ có trong nước bị oxi hóa bằng nhân tố hóa học còn
BOD thì chỉ thể hiện cho những chất hữu cơ dễ phân hủy có khả năng oxi hóa bằng tác nhân là vi sinh
vật. Vì vậy tỉ số của COD/ BOD là luôn ≥ 1, tỉ số này càng cao thì nước ô nhiễm càng nặng. Nếu
COD/BOD ≤ 2 thì có khả năng xử lí nước bằng phương pháp sinh học hiếu khí, nếu tỉ số này quá cao
thì phải xử lí bằng phương pháp kị khí hay phương pháp hóa lý trước, [11, 14, 23, 24, 34].
1.1.2.3. Oxi hòa tan ( DO – Dissolved Oxigen)
Lượng oxi hòa tan trong nước rất cần cho các sinh vật hiếu khí, thường thì oxi hòa tan trong
nước khoảng 8 – 10mg/l, chiếm 70 – 85% khí oxi bão hòa. Sự hòa tan của oxi trong nước thải phụ
thuộc vào mức độ ô nhiễm chất hữu cơ, hoạt động của giới thủy sinh, hoạt độ
ng hóa sinh, hóa học và
vật lý của nước.Trong nước bị ô nhiễm nặng thì oxi thiếu trầm trọng vì dùng nhiều cho các quá trình
hóa sinh, [11, 14, 23].
1.1.2.4. Độ pH
Là chỉ tiêu quan trọng với nước thải vì thông qua thông số này nhằm xác định xem có cần thiết
phải trung hòa hay không. Sự thay đổi của trị số pH làm thay đổi các quá trình hòa tan hay keo tụ, làm
tăng hay giảm vận tốc các quá trình xảy ra trong nước, [14, 23, 24, 34].
1.1.2.4. Hàm lượng chất rắn
Các chất rắn trong nước có thể là các muối vô cơ hòa tan hay không hòa tan, hay các ch
ất hữu
cơ như xác các sinh vật và các chất hữu cơ tổng hợp. Chất rắn trong nước phân thành hai loại là chất
P từ đó chọn kĩ thuật thích hợp cho quá trình xử lí. Ngoài ra cũng có thể xác lập tỉ số giữa P và N để
đánh giá mức dinh dưỡng có trong nước, [ 14, 23].
1.1.2.10. Chỉ số LC
50
Sự xác định chỉ số này dựa trên nguyên tắc các chất độc trong nước ảnh hưởng đến đời sống của
sinh vật hay vật nuôi sống trong nước. Những sinh vật dùng cho thí nghiệm này là cá, bèo tấm, vi
khuẩn, chuột trắng…Những chủng dùng thí nghiệm thì phải nhạy với các chất độc và những chất làm ô
nhiễm có trong nước, [14].
Các đối tượng này phải nhân giống thành dòng thuần để có sự đồng đều về
mặt sinh trưởng, sau
đó đưa vào dịch thí nghiệm với các nồng độ khác nhau của nước thải. Sau 96 giờ nuôi thì xác định
nồng độ thấp nhất ảnh hưởng đến 50% sinh vật thí nghiệm. Chỉ số này gọi là LC
50
hay LOEC. Qua chỉ
số LC
50
thì cho phép xác định nồng độ nước thải thấp nhất gây tác dụng ức chế đến sinh vật thí nghiệm,
đồng thời cũng cho sơ bộ về độc tính của nước thải để đề ra các biện pháp tiếp theo : xác định chất gây
độc, xử lí hấp phụ hay loại bỏ các chất độc, [11, 14, 23, 24, 34]
1.1.2.11. Các chỉ tiêu về vi sinh
Trong nước thải thường nhiễm nhiều loại vi sinh vật có sẵn trong phân người và động vật.
Chúng chủ yếu là những vi khuẩn gây bệnh đường tiêu hóa : tả, lị, thương hàn, vi khuẩn gây ngộ độc
thực phẩm...
Nhóm vi khuẩn đường ruột nhiễm vào trong nước thải có rất nhiều loại chia thành 3 nhóm chính là :
Nhóm Coliform đặc trưng là Escherichia coli (E. Coli)
Nhóm Streptococus đặc trưng là Streptococcus faecalis
Nhóm Clostridium đặc trư
ng là Clostridium perfringens
Việc xác định tất cả những loài vi sinh vật trong phân bị hòa tan trong nước thải cũng như
khuẩn, virut, thực khuẩn thể, nhưng ch
ủ yếu và chiếm số lượng nhiều nhất là vi khuẩn. Vi khuẩn đóng
vai trò cực kì quan trọng trong quá trình phân hủy chất hữu cơ làm sạch nước thải. Theo phương thức
dinh dưỡng vi khuẩn được chia thành hai nhóm chính :
- Vi khuẩn dị dưỡng : là những vi khuẩn sử dụng chất hữu cơ làm nguồn cacbon dinh dưỡng, và
làm nguồn năng lượng để hoạt động sống, xây dựng tế bào, phát triển... Có ba loại vi khuẩn dị
dưỡng :
+ Vi khuẩn hiếu khí
+ Vi khuẩn kị khí
+ Vi khuẩn tùy nghi
- Vi khuẩn tự dưỡng : là những vi khuẩn có khả năng tổng hợp các chất hữu cơ từ CO
2
, H
2
O,
NH
4
+
, PO
4
3-
.... nhờ ánh sáng mặt trời hay năng lượng thải ra từ những phản ứng hóa sinh. Những vi
khuẩn thuộc nhóm này bao gồm : vi khuẩn nitrat hóa, vi khuẩn sắt, vi khuẩn lưu huỳnh, vi khuẩn khử
H
2
S.v.v..., [7, 14, 23, 29, 34, 37].
1.3. Vai trò của vi sinh vật trong xử lí nước thải
Vi sinh vật trong nước thải nói chung là những vi sinh vật hoại sinh và dị dưỡng. Chúng phải sử
dụng những chất hữu cơ có sẵn trong nước thải để phân hủy và chuyển hóa thành vật liệu xây dựng tế
bào, đồng thời làm sạch ô nhiễm. Các hợp chất hữu cơ nhiễm bẩn của nước thải sẽ được phân hủy đến
Protein sẽ bị phân cắt bởi enzyme protease tạo thành pepton, axit amin và cuối cùng là NH
4
+
.
Với chất béo thì enzyme lipase sẽ phân hủy tạo thành axit béo và glycerine.
Các sản phẩm này sẽ được tế bào vi sinh vật sử dụng làm năng lượng hay làm nguyên liệu cho
quá trình tổng hợp tế bào.
Có hai loại quá trình thủy phân hay phân hủy : phân hủy các chất hữu cơ hiếu khí nhờ các vi
sinh vật hiếu khí có sự tham gia của oxy phân tử của không khí và phân hủy kị khí nhờ các vi sinh vật
kị khí không có sự tham gia của oxy phân tử, [13, 14, 23].
Những cơ chất ở đ
ây là những chất hữu cơ hòa tan trong nước thải vì vậy thể hiện bằng BOD.
Có thể coi BOD là nguồn cơ chất dinh dưỡng cacbon của vi sinh vật trong nước thải. Chính nhờ hoạt
động sống của vi sinh vật thì các chất nhiễm bẩn trong nước thải được làm sạch và đồng thời một phần
trong số đó được vi sinh vật sử dụng để tăng sinh khối nhờ chúng đồng hóa BOD, NH
4
+
, PO4
3-
và các
ion kim loại. Trong số này BOD là nguồn thức ăn chính của các chủng vi sinh vật dị dưỡng và là mục
tiêu làm sạch trước tiên. Các nguồn NH
4
+
, PO4
3-
nếu thiếu trong nước thải cần phải bổ sung để cân đối
dinh dưỡng cho các vi sinh vật hoạt động, nếu thừa thì cần xử lí riêng. Các ion kim loại cũng vậy, nếu
các vi sinh vật sử dụng để tăng sinh khối còn dư thì phải xử lí riêng, [6,13, 14, 23, 29, 34].
1.3.1. Quá trình phân hủy hiếu khí
3
hay NH
4
+
là nguồn N dinh
dưỡng được vi sinh vật sử dụng trực tiếp cho xây dựng tế bào, [14].
NH
3
hay NH
4
+
không phải được các vi sinh vật sử dụng hoàn toàn để xây dựng tế bào mà có thể
còn được sử dụng bởi những thực vật, tảo trong nước. Ngoài ra, NH
3
còn dư sẽ được vi khuẩn
Nitrosomonas chuyển hóa thành nitrit, nitrit sẽ được vi khuẩn Nitrozobacter chuyển hóa thành nitrat,
nitrat sẽ được chuyển hóa tiếp theo thành N
2
bay vào không khí nhờ các vi khuẩn phản nitrat hóa,[ 6,
13, 14, 23, 34].
Những vi khuẩn tham gia quá trình phân hủy hiếu khí thuộc các chi sau :Bacillus, Pseudomonas,
Cytophaga, Nitrosomonas, Nitrozobacter, Nitrococcus, Alcaligen, Desulfovibrio,
Thiobacillus.v.v...,[13, 14, 23].
1.3.2. Quá trình phân hủy kị khí
Phân hủy kị khí là những quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ và vô cơ trong điều kiện
không có oxi phân tử của không khí được thực hiện bởi các vi sinh vật kị khí, [14].
Quá trình phân hủy kị khí bao gồm hai giai đoạn :
Giai đoạn thủy phân : dưới tác dụng của ezyme thủy phân do vi sinh vật ti
ết ra các chất hữu cơ
sẽ bị thủy phân. Những chất phức tạp như :tinh bột, xenlulozơ, hemixenlulozơ, protein, chất béo
....pH của môi tường tăng lên và chuyển đến
vùng trung tính và sang kiềm. Mùi rất hôi do chứa hỗn hợp khí H
2
S, Indol, Skatol và Mercaptan, [6,13,
14, 23, 29, 34].
Ở pha kiềm : là pha tạo khí CH
4
, các sản phẩm thủy phân của pha axit là cơ chất và sản phẩm
tạo thành chủ yếu là CH
4
và CO
2
. pH của pha này chuyển hoàn toàn sang kiềm, [6,13, 14, 23, 29, 34].
Quá trình lên men kị khí có thể từ 10 – 15 ngày, nhiệt độ tối ưu là 45 – 55
o
C, với hàng trăm loài
vi khuẩn kị khí bắt buộc và kị khí không bắt buộc tham gia. Các vi khuẩn tham gia quá trình này cũng
chia làm hai nhóm là nhóm vi khuẩn không sinh metan và nhóm vi khuẩn sinh metan, [6,13, 14, 23,
29, 34].
+ Nhóm vi khuẩn không sinh metan : Bacillus cereus, B. megaterium,
Pseudomonas aeruginosa, Ps. riboflavin, Ps. reptilorova, Leptespira biflexa, Alcaligen feacalis,
Proteus vulgaris, Micrococcus candidus, Clostridium butylicum, Clostridium perfringens....., [13, 14,
23, 29, 34].
+ Nhóm vi khuẩn sinh metan: là những vi khuẩn kị khí nghiêm ngặt, sinh trưởng và phát triển
chậm như: Methanobacrerium hình que, không sinh bào tử; Methanobacterium hình que, sinh bào tử;
Methanococcus tế bào hình cầu, đứng riêng rẽ, không kết thành chuỗi; Methanosarsina tế bào hình cầu,
kết thành chuỗi hoặc khối, [6,13, 14, 23, 29, 34].
1.4. N
ước thải đô thị
Nước thải đô thị là nước thải bao gồm nước thải sinh hoạt, nước mưa, nước thải của các khu
3
50 25 12
N tổng số
85 40 20
P tổng số
15 8 4
Tổng số chất rắn
1200 720 350
Chất rắn lơ lửng
350 220 100
Nguồn : Metcalf and Eddy, 1979, trích bởi Chongrak 1989 – Lê Hoàng Việt, Trung tâm kĩ thuật môi
trường và năng lượng mới.
1.4.2. Hiện trạng nước thải đô thị ở Việt Nam và Tp. HCM
1.4.2.1. Việt Nam
Hiện nay, dù các ngành các cấp có thẩm quyền đang tiến hành nhiều chính sách ngăn chặn và
khắc phục nhưng tình trạng ô nhiễm nước vẫn chưa giảm mà còn có chiều hướng gia tăng. Tại các
thành phố lớn trên cả nước: Hà Nội, Hồ Chí Minh, Hải D
ương, Huế, Đà Nẵng…nước thải sinh hoạt
không được xử lí mà thải ra môi trường cùng với nước thải công nghiệp, y tế làm cho các thông số
COD, BOD, TS, SS đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép 5 – 10 lần thậm chí là 20 lần, [1, 2, 20, 26].
Cộng thêm vào đó là tình trạng quy hoạch các khu đô thị chưa gắn với vấn đề xử lí chất thải,
nước thải nên ô nhiễm môi trường ở các TP lớn, các KCN, khu đô thị đang ở mức báo độ
ng. Trong
tổng số 183 KCN trong cả nước, có trên 60% KCN chưa có hệ thống xử lí nước thải tập trung. Các đô
thị chỉ có khoảng 60% - 70% chất thải rắn được thu gom, cơ sở hạ tầng thoát nước và xử lí nước thải,
chất thải nên chưa đáp ứng yêu cầu về bảo vệ môi trường... . Trên cả nước chỉ có vài khu công nghiệp
mà nước thải được xử lí trước khi thải: khu công nghiệp Việt Nam – Singapore ở Bình Dương, khu
công nghiệp Bắc Thăng Long ở Hà Nội, khu công nghiệp Nomura ở Hải Phòng, [1, 2, 20, 26].
Nước thải bệnh viện là nguồn mang mầm bệnh đặc biệt nguy hiểm nhưng hầu hết các bệnh viện,
nhiều mầm bệnh nguy hiểm. Thành phố Hồ Chí Minh hiện còn trên 40 bệnh viện chưa có hệ thống xử
lí nước đạt chuẩn và 35 cơ sở khác thậm chí chưa có cả hệ thống xử lí. Nước bẩn đi thẳng xuống cống
thoát n
ước và ra môi trường.
Từ những nguyên nhân trên mà hiện nay trên địa bàng thành phố, hàng loạt những dòng kênh :
kênh Tàu Hủ, kênh Nhiêu Lộc, kênh Tân Hóa….là những dòng kênh chết, nước thải từ những dòng
kênh này hàng ngày đi vào sông Sài Gòn làm cho tình trạng ô nhiễm nước sông ngày càng trầm trọng, [
1, 20, 46].
Bảng 1.2. Số liệu phân tích chất lượng nước thải tại 39 miệng cống xả ra kênh Nhiêu Lộc – Thị
Nghè.
Chỉ tiêu Nồng độ (mg/l)
Khoảng dao động Trung bình
COD 100 - 396 177
BOD 50 - 230 99
SS 200 – 650 90
TS 100 – 540 241
pH 6,18 – 7,92 6,89
N kjeldahl 0 – 0,75 12,28
P 0,06 – 2,23 1,19
Nguồn : Viện Kỹ thuật Nhiệt đới và Bảo vệ môi trường – Trung tâm Bảo vệ Môi trường (EPC)
03/1994
1.5. Các phương pháp xử lý nước thải đô thị
1.5.1. Phương pháp cơ học
Trong nước thải thường có nhiều loại tạp chất rắn với các kích cỡ khác nhau : rơm, cỏ, gỗ mẫu,
bao bì chất dẻo, giấy, giẻ, dầu mỡ, .v.v… Ngoài ra, còn có các loại hạt lơ lửng ở dạng huyề
n phù khó
SO
4
, [5, 6,11, 14, 24, 25].
1.5.2.2. Keo tụ
Trong nước thải thì những hạt nhỏ ở dạng keo không thể lắng được, muốn cho chúng lắng được
thì phải làm tăng kích thước của chúng. Muốn làm như vậy thì phải trung hòa điện tích của chúng rồi
mới liên kết chúng lại với nhau. Những chất có thể thực hiện keo tụ thường là muối sắt hay muối nhôm
hoặc là hỗn hợp của chúng: Al
2
(SO
4
)
3
.18H
2
O, NaAlO
2
, Al
2
(OH)
5
Cl, KAl(SO
4
)
2
.12H
2
O,
Fe
2
nhưng lại có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi trên bề mặt nước. Sau đó người ta tách các bọt khí
này ra khỏi nước, thực chất đây là quá trình tách bọt hay làm đặc bọt.
Tuyển nổi thường dùng trong tách các chất lơ lững không tan và một số chất khó tan ra khỏi pha
lỏng. Kĩ thuật này thường dùng trong xử
lí nước thải đô thị và nhiều lĩnh vực công nghiệp như: chế
biến dầu béo, thuộc da, dệt, chế biến thịt.v.v…., [5, 6, 11, 14].
1.5.2.5. Trao đổi ion
Thực chất đây là quá trình trong đó các ion trên bề mặt của chất rắn trao đổi với các ion có cùng
điện tích trong dung dịch khi tiếp xúc với nhau. Phương pháp này dùng loại ra khỏi nước thải các ion
kim loại như Cu, Cr, Ni, Hg, V, Mn, chất phóng xạ, loại các ion Ca
2+
và Mg
2+
làm mềm nước, [5, 6, 11,
14].
1.5.2.6. Khử khuẩn
Dùng các hóa chất có tính độc với vi sinh vật, tảo, động vật nguyên sinh, giun, sán…để làm sạch
nước, đảm bảo tiêu chuẩn vệ sinh để đổ vào nguồn hay tái sử dụng. Để khử khuần có thể dùng hóa chất
hay những tác nhân vật lý như tia tử ngoại hay ozone…Công đoạn khử khuẩn thường đặt ở cuối trong
quá trình xử lí nước thải, [5, 6, 11, 14]
1.5.3. Phương pháp sinh học
Phương pháp này chủ yếu d
ựa trên hoạt động sống của vi sinh vật mà chủ yếu là vi khuẩn dị
dưỡng hoại sinh có trong nước thải. Các chất hữu cơ gây ô nhiễm trong nước trước hết được vi sinh vật
sử dụng làm thức ăn nếu dư sẽ bị khoáng hóa thành những chất vô cơ, các chất khí đơn giản và nước,
[11, 14].
Phương pháp này dựa trên cơ sở là hoạt động của vi sinh vật vì vậy điề
u kiện đầu tiên và vô
cùng quan trọng là nước thải phải là môi trường sống của quần thể vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ
có trong nước thải, [11, 14]
, H
2
S, CH
4
, H
2
, CO
2
…., [5, 6, 11, 14, 23, 25].
Tại vùng tùy nghi, các vi khuẩn sẽ phân hủy chất hữu cơ thành nhiều chất trung gian khác nhau,
cuối cùng là CO
2
và nước. Những vi khuẩn này xử dụng O
2
do tảo và các loài thực vật trong nước sinh
ra. Tại đây cũng xảy ra quá trình phản nitrat hóa, [5, 6, 11, 14, 23, 25].
Tại vùng hiếu khí, những thực vật thủy sinh như tảo, rong đuôi chó, các loại bèo… sẽ quang hợp
cung cấp O
2
cho vi khuẩn hiếu khí hoạt động, ngoài ra thì rễ của chúng là nơi bám vào của vi khuẩn
giúp chúng sống sót dưới ánh sáng mặt trời. Ngược lại những vi khuẩn hiếu khí sẽ phân giải chất hữu
cơ thành các chất khoáng cung cấp cho thực vật thủy sinh và tảo sử dụng. Cứ như vậy thì nước ô nhiễm
sẽ được làm sạch. Nếu dư PO4
3-
và NH
4+
tảo sẽ phát triển bùng nổ làm nước nở hoa. Nếu lượng chất
hữu cơ thấp có thể nuôi cá và sinh khối tảo làm thức ăn tốt cho cá. Còn ngược lại thì phải dùng hóa
chất diệt tảo và như vậy nước có thể bị ô nhiễm thứ cấp, [5, 6, 11, 14, 23, 25].
Hồ sinh học chia thành các loại tùy theo độ sâu và mục đích sử dụng, [14]
sử dụng chất hữu cơ trong nước thải làm thức ăn tăng sinh khối, đồng thời chất keo trong khối nhầy của
bùn hoạt tính sẽ kết dính các chấ
t lơ lửng, làm sáng màu và khử mùi…vì vậy mà bùn hoạt tính to lên và
lắng xuống đáy, nhờ vậy mà nước thải được làm sạch.
Những công trình xử lí nước thải hiếu khí ứng dụng sinh trưởng lơ lửng với vi khuẩn hiếu khí
như aeroten, mương oxy hóa, bể oxyten.… , [5, 6, 11, 14].
Những công trình xử lí nước thải kị khí ứng dụng sinh trưởng lơ lửng với vi khuẩn kị khí bắt
buộc như xử lí bằ
ng tiếp xúc kị khí ANALIFT, xử lí nước thải ở lớp bùn kị khí và dòng nước hướng
lên UASB hay còn gọi là lên men ở lớp bùn ANAPULSE. Phương pháp này có thể loại bỏ BOD
5
80 –
95%, COD từ 65 – 90% với những nước thải bị ô nhiễm nặng, [5, 6, 11, 14].
1.5.3.4. Xử lí nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám của vi sinh vật
Trong dòng nước thải có những vật rắn làm giá mang, giá mang là nơi các vi sinh vật dính bám.
Trong số những vi sinh vật thì có những loài có khả năng sinh ra chất dẻo hay polymer sinh học, chất
này có khả năng dính nhờ vậy có càng nhiều vi khuẩn và ngày càng dày lên gọi là màng sinh học.
Màng này có khả năng oxy hóa chất hữu cơ trong n
ước khi chảy qua hay tiếp xúc với màng. Bên cạnh
các chất hữu cơ thì màng này còn có khả năng kết dính những động vật nguyên sinh, trứng giun sán….
làm cho nước thải giảm chất hữu cơ, cũng như giảm đi những chất lơ lửng trong nước thải nhờ vậy mà
nước thải được làm sạch, [5, 6, 11, 14].
Những công trình hiếu khí xử lí nước thải ứng dụng màng sinh học như lọc sinh học, đĩ
a quay
sinh học, BIOFOR, NITRAZUR, OXIZUR, BIODROP…., [5, 6, 11, 14].
Nhng cụng trỡnh k khớ x lớ nc thi ng dng mng sinh hc nh : lc k khớ vi sinh trng
gn kt trờn giỏ mang hu c ( ANAFIZ), lc k khớ vi vt liu gi lng trng n ( ANAFLUX ), [5,
6, 11, 14].
1.5.3.5. X lớ bng quỏ trỡnh hp khi
Quỏ trỡnh hp khi trong x lớ nc thi l quỏ trỡnh kt hp cỏc phng phỏp hiu khớ, k khớ v
t 300 1000 mg/l) ngi ta thng s dng h thng x lớ hp khi gm: b k khớ + aeroten
+ lc sinh hc, [14].
1.6.1. Aeroten
Nước thải luôn chứa những chất lơ lửng là những chất rắn hay là những chất hữu cơ chưa hòa
tan. Chất lơ lửng này là nơi vi khuẩn bám vào, những vi khuẩn này tiết ra enzyme ngoại bào và phân
hủy những chất hữu cơ dễ phân hủy cũng như những chất hữu cơ khó phân hủy thành những dạng đơn
giản. Sau đó những chất hữu cơ đã đượ
c phân hủy ngoại bào này sẽ được thẩm thấu qua màng tế bào
và được oxi hóa tiếp thành sản phẩm cung cấp vật liệu cho tế bào cùng sản phẩm cuối cùng là CO
2
và
H
2
O. Nhờ quá trình này mà sinh khối vi sinh vật ngày càng tăng, tạo thành những hạt bông lơ lửng
trong nước với kích thước khoảng 3 đến 150µm. có màu vàng nâu dễ lắng còn gọi là bùn hoạt tính, [3,
5, 6,11, 14, 15, 19, 24, 31, 32, 33].
Thành phần sinh học của bùn hoạt tính bào gồm nấm mốc, xạ khuẩn, động vật nguyên sinh
nhưng chủ yếu là vi khuẩn chiếm đa số, số lượng khoảng 10
8
– 10
12
trên 1mg chất khô với những giống
như: Pseudomonas, Achromobacter, Alcaligen, Bacillus, Micrococcus, Flavobacterium…. Vi khuẩn
trong bùn hoạt tính cũng đóng vai trò quan trọng trong việc phân hủy chất hữu cơ trong nước thải. .[3,
5, 6, 11, 14, 15, 19, 24, 31, 32, 33]
Bảng 1.3. Một số giống chính trong quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính.
Vi khuẩn Chức năng
Pseudomonas
Phân hủy hidratcacbon, protein, các hợp chất hữu cơ
khác và phản nitrat hóa
Desulfovibrio
Khử sulfat, khử nitrat
Quá trình oxi hóa hợp chất hữu cơ trong nước thải qua ba giai đoạn:
- Giai đoạn 1: tốc độ oxi hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxi. Ở giai đoạn này thì bùn hoạt tính hình
thành và phát triển. Sinh khối trong giai đoạn này ít, tuy nhiên sau khi vi sinh vật thích nghi với môi
trường thì chúng sinh trưởng theo cấp số nhân và lượng oxi tiêu thụ cũng tăng dần, [14].
- Giai đoạn 2 : vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi cũng ở mứ
c gần như ít thay
đổi. Giai đoạn này thì chất hữu cơ đựơc phân hủy nhiều nhất, [14].
- Giai đoạn 3 : sau một thời gian khá dài tốc độ oxi hóa cầm chừng và có chiều hướng giảm thì
lại thấy tốc độ tiêu thụ oxi tăng lên. Đây chính là giai đoạn nitrat hóa các muối amon.
Sau giai đoạn này bùn lắng xuống đáy, nếu không tách bùn cặn thì bùn sẽ tự phân gây ô nhiễm
thứ cấp nguồn nước, [ 14].
1.6.2. L
ọc sinh học
Phương pháp lọc sinh học dựa trên quá trình hoạt động của vi sinh vật ở màng sinh học, oxi hóa
các chất bẩn hữu cơ có trong nước. Vật liệu lọc dùng trong lọc sinh học thường là gỗ, đá, hay polymer.
Màng sinh học là tập hợp nhiều loài vi sinh vật hiếu khí, kị khí và tùy tiện xuất hiện theo bề dày từ
ngoài vào trong của màng sinh học.
Lớp ngoài cùng: là lớp tập trung chủ yếu là vi khuẩn hiếu khí mà điển hình là
Bacillus.
Lớp giữa: là nơi xuất hiện các vi khuẩn tùy tiện Pseudomonas, Alcaligens, Flavobacterium,
Micrococcus và cả Bacillus.
Lớp trong cùng: là lớp kị khí với sự xuất hiện của vi khuẩn khử nitrat và khử lưu huỳnh
Desulfovibrio. Bên cạnh những vi khuẩn kị khí thì tại vùng này còn xuất hiện những động vật nguyên
sinh, chúng ăn một phần màng và tạo thành những lỗ nhỏ trên màng, [5, 6, 8, 11, 14, 19, 24, 36].
Chất hữu cơ trong nước thải sẽ bị oxy hóa m
ột phần bởi những vi sinh vật hiếu khí bên ngoài.
Sau khi thấm sâu vào bên trong màng nước sẽ hết oxy hòa tan và tiếp tục được làm sạch bởi những vi
nước sinh hoạt đạt được những chỉ tiêu tiên tiến, đáp ứng những yêu cầu khắt khe nhất về bảo vệ môi
trường hiện nay của các nước phát triển. Thiết bị J gồm phần vỏ được chế tạo bằng vật liệu
Dicyclopentadiene – Polymer hoặc nhựa Composite kết hợp sợi hóa học, một máy bơm và 5 bể lọc kị
khí, 2 bể lọc màng sinh học – vi sinh hiếu khí và một bể trữ nước đã qua xử lí, có khoang khử trùng
bằng clo…Hệ thống thiết bị này được thiết kế gọn nhẹ, tối ưu nhằm đem lại cho chúng ta sự đơn giản
trong lắp đặt và sử dụng, [47].
Aqwise là công ty chuyên nghiên cứu trong lĩnh vực xử lí nước thải vừa qua đã phối hợp với
WESTT Development BV một công ty của Hà Lan để phát triển hệ thống xử lí nước thải kết hợp kị khí
và hiếu khí xử lí nước thải của công nghiệp chế biến giấy, công nghiệp dược và đồ hộp khả năng xử lí
của hệ thống này có thể lên đến 3 - 10 t
ấn COD/ngày. Mức kinh phí cho dự án này là 1 triệu đô la và
hoàn thành trong năm 2010.[45]
Copyright: Tài liệu đại học ©