Khoá luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS. Hoàng Hưng

SVTH: Cao Thế Hiển Page I
Lớp : 08CSH2
LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này là nhờ vào sự giúp đỡ tận tình của các
thầy cô, của bạn bè và của người thân.
Đầu tiên, em xin được bày tỏ lòng biết ơn của mình tới các thầy cô trường Đại
Học Kỹ Thuật Công Nghệ, đặc biệt là các thầy cô Khoa Môi Trường và Công Nghệ
Sinh Học đã trực tiếp hướng dẫn, dạy dỗ, trang bị kiến thức và giúp đỡ em trong suốt
thời gian học tập tại trường và quá trình làm đồ án tốt nghiệp.
Để hoàn thành bài đồ án tốt nghiệp này em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu
sắc nhất đến thầy Hoàng Hưng, là người đã trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo và tạo mọi
điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Em xin gửi lời cám ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, những người đã luôn giúp
đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập cũng như thời gian thực hiện đồ án tốt
nghiệp này.
Cuối cùng, em xin chúc toàn thể các thầy cô, gia đình và bạn bè luôn mạnh khỏe,
hạnh phúc và thành công.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn!

TP.HCM. ngày 4 tháng 7 năm 2011
Sinh viên thực hiện Cao Thế Hiển Khoá luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS. Hoàng Hưng


Danh mục các hình XI
Tài liệu tham khảo XIII

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
1.1 Lý do hình thành đề tài 1
1.2 Mục tiêu nghiê cứu 2
1.3 Nội dung nghiên cứu 2
1.4 Phương pháp nghiên cứu 3
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI VÀ
CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI
2.1 Tổng quan về nước thải 4
2.1.1 Khái niệm về nước thải và sự ô nhiễm nước 4
2.1.2 Phân loại nước thải 7
2.1.2.1 Nước thải sinh hoạt 7
2.1.2.2 Nước thải công nghiệp 10
2.1.2.3 Nước thải là nước mưa 11
2.1.3 Các chất gây nhiễm bẩn nước 12
2.2 Thành phần lý hoá học của nước thải 13
2.2.1 Tính chất vật lý 13
2.2.3 Tính chất hoá học 13
Khoá luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS. Hoàng Hưng

SVTH: Cao Thế Hiển Page IV
Lớp : 08CSH2
2.3 Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải 15
2.3.1 Xử lý nước thải bằng phương pháp cơ học 16
2.3.1.1 Thiết bị chắn rác 16
2.3.1.2 Thiết bị nghiền rác 17
2.3.1.3 Bể điều hòa 17
2.3.1.4 Bể lắng cát 17

3.3.1 Sinh thái, sinh lý vi sinh vật 30
3.3.2 Phân loại vi sinh vật. 34
3.3.2.1 Vi khuẩn 41
3.3.2.2
Eukarya
(Sinh vật nhân
t
h
ự
c)
45
3.3.2.3 Archaea (cổ khuẩn). 51
3.4 sự tăng trưởng của tế bào vi sinh vật. 51
3.4.1 Nuôi cấy tỉnh/ nuôi cấy mẻ. 52
3.4.2 Nuôi cấy lien tục/ dòng liên tục. 54
3.5 Chỉ thị vi sinh vật trong các công trình xử lý nước thải 55
3.5.1 Vi sinh vật len men kỵ khí. 55
3.5.2 Vi sinh vật len men hiếu khí 56
3.5.2.1 Tác nhân sinh trưởng lơ lửng. 56
3.5.2.2 Tác nhân sinh trưởng bám dính 58
3.5.3 Vi sinh vật trong các hồ ổn định. 63
3.6 Ứng dụng 64
3.6.1 Thực phẩm 64
3.6.2 Nông nghiệp. 64
3.6.3 Khai thác nguyên liệu 64
3.6.4 Bảo vệ môi trường 65

Khố luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS. Hồng Hưng

SVTH: Cao Thế Hiển Page VI

Lớp : 08CSH2
4.5.1 Chất nền – Giới hạn của tăng trưởng 82
4.5.2 Sự tăng trưởng tế bào và sử dụng chất nền 83
4.5.3 Ảnh hưởng của hô hấp nội bào 84
4.5.4 Ảnh hưởng của nhiệt độ 85
4.6 Các dạng công nghệ sinh học hiếu khí 85
4.6.1 Bùn hoạt
t
í
nh
85
4.6.1.1 Khuấy
t
r
ộ
n
hoàn
t
o
à
n
94
4.6.1.2 Dòng chảy nút
(Bể
bùn hoạt tính cấp khí giảm
d
ầ
n
)
95


reactor)
100
4.6.1.6 Tăng
t
r
ư
ở
n
g

h
i
ế
u
khí của sinh khối
trong
các tháp kín A – B (Aerobic
growth
of biomass in packed
t
owe
r
s)
103
4.6.1.7
Bể
h
i
ế

Lọc nhỏ
gi
ọ
t
112
4.6.2.3 Lọc sinh học ngập
nước
(đ
ệ
m
cố định,
đ
ệ
m
giãn nở) 114
4.7 Các thông số tính toán công trình xử lý 115
4.8 Một số vấn đề cần lưu ý khi vận hành hệ thống xử lý nước thải trong
điều kiện hiếu khí 118
4.8.1 Những vấn đề trong phân tích bùn hoạt tính 118
4.8.1.1 Söï coá 118
4.8.1.2 Cách khắc phục: 122
4.8.2 Những vấn đề trong quá trình xử lý nước thải. 122

Khoá luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS. Hoàng Hưng

SVTH: Cao Thế Hiển Page VIII
Lớp : 08CSH2
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
5.1 Kết luận 124
5.2 Kiến nghị 125

BOD (Biochemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy sinh hoá
COD (Chemical Oxygen Demand): Nhu cầu oxy hoá học.
TOC: Cacbon hữu cơ toàn phần hay tổng cacbon hữu cơ.
AND: deoxyribonucleic acid.
ARN: ribonucleic acid
ATP: adenosine – 5’- triphosphate.
SVI (Sludge Volume Index): Chỉ số thể tích bùn.
STT: số thứ tự
GDP (Gross Domestic Product): Tổng sản lượng nội địa.
Khoá luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS. Hoàng Hưng

SVTH: Cao Thế Hiển Page X
Lớp : 08CSH2

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Tải lượng ô nhiễm từ nước thải sinh hoạt 8
Bảng 2.2: Thành phần trung bình của nước thải sinh hoạt 8
Bảng 2.3: Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải của một số ngành công nghiệp
10
Bảng 3.1: so sánh 3 lĩnh

Hình 3.8: Pseudomonas (Hidratcacbon, phản nitrat hoá) 44
Hình 3.9: Desulfovibrio (Khử sulfat, khử nitrat) 44
Hình 3.10: Bacillus (Phân huỷ hidratcacbon, protein) 44
Hình 3.11: Nitrosomonas (Nitrit hoá) 44
Hình 3.12: Microthrix
p
a
r
v
icell
a
45
Hình 3.13:
Zoogloe
a
45
Hình 3.14: Một số động
vật
nguyên sinh trong xử lý
nước
thải 46
Hình 3.15: Amoeba 47
Hình 3.16: Peritrichia (Chúng có mao) 47
Hình 3.17: Carchesium
P
ol
y
pi
nu
m

52
Hình 4.1: Tiến trình thuỷ phân của vi sinh vật trong nước thải 68
Hình 4.2: Tiến trình oxy hoá sinh học của vi khuẩn 70
Khoá luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS. Hoàng Hưng

SVTH: Cao Thế Hiển Page XII
Lớp : 08CSH2
Hình 4.3:
Sơ đồ hệ
thống xử lý
h
i
ế
u
khí
nước
thải 87
Hình 4.4:
Bể
bùn hoạt
tí
nh
88
Hình 4.5:
Bể
bùn hoạt tính
tiếp
xúc - ổn
đ
ị

Hình 4.11:
Hệ
thống
bể
bùn hoạt tính nạp
nước
thải theo bậc 95.96
Hình 4.12:
Mương
oxy
h
ó
a
97
Hình 4.13: Các
mương
oxy hóa
cơ
b
ả
n
97.98
Hình 4.14: Dạng mặt bằng các
mương
oxy
h
ó
a
99
Hình 4.15: Mô hình

(Ae
r
o
b
ic
growth
of biomass in packed
t
owe
r
s)
103
Hình 4.18: Các
bước
xử lý trong chu kỳ hoạt động của
hệ
thống SBR 105
Hình 4.19:
Bể
SBR 106
Hình 4.20:
Sơ đồ
hoạt động của
U
n
it
a
n
k
108


I. TÀI LIỆU TIẾNG VIỆT
1. Nguyễn Đức Lượng, Nguyễn Thị Thuỳ Dương – 2003 – Công nghệ sinh học môi
trường - Tập 1 – Công nghệ xử lý nước thải – Nhà xuất bản Đại học Quốc gia
TP Hồ Chí Minh.
2. Lương Đức Phẩm – 2003 – Công nghệ xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học –
Nhà xuất bản Giáo dục.
3. Nguyễn Văn Phước – 2007 – Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp
bằng phương pháp sinh học – Nhà xuất bản Xây dựng Hà Nội.
4. Lâm Vĩnh Sơn – 2008 – Bài giảng Kỹ thuật xử lý nước thải – Trường Đại học
Kỹ thuật Công nghệ TP Hồ Chí Minh.
5. Nguyễn Tiến Thắng, Nguyễn Đình Huyên – 1998 – Giáo trình sinh hoá hiện đại
– Nhà xuất bản Giáo dục.
Khoá luận tốt nghiệp GVHD:PGS.TS. Hoàng Hưng

SVTH: Cao Thế Hiển Page XIV
Lớp : 08CSH2
Khoá Luận Tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Hoàng Hưng
SVTH: Cao Thế Hiển Page 1
Lớp: 08CSH2
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

nhiên và nhiều hợp chất hữu cơ tổng hợp nhân tạo. Vì vậy, việc xử lý nước thải bằng
phương pháp sinh học là một bước cực kì quan trọng và cần thiết trong tất cả các hệ
thống xử lý nước thải nói chung. Trong đó việc sử dụng các vi sinh vật hiếu khí để xử
lý nước thải là phương pháp phổ biến nhất trong các công trình xử lý hiện nay.
Tuy phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí là rất
phổ biến và đã được nghiên cứu nhiều nhưng các tài liệu liên quan còn khá phân tán,
rải rác, khó nắm bắt tổng thể. Từ những băn khoăn trên và để góp phần làm rõ thêm về
vai trò của các loại vi sinh vật trong xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu
khí, đồ án tốt nghiệp với đề tài: “ Bước đầu xây dựng cơ sở tài liệu lý thuyết cho
phương pháp xử lý nước thải bằng vi sinh vật hiếu khí” đã ra đời.

1.2 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Bước đầu xây dựng cơ sở tài liệu lý thuyết cho phương pháp xử lý nước thải bằng vi
sinh vật hiếu khí nhằm giảm thiểu ô nhiễm các chất hữu cơ trong nước thải gây ra cho
môi trường.

1.3 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Tìm hiểu về nước thải và các phương pháp xử lý nước thải nói chung.
- Tổng quan về các phương pháp sinh học trong xử lý nước thải.
- Xử lý nước thải bằng vi sinh vật trong điều kiện hiếu khí: các biến đổi hoá sinh
học và vi sinh học, động học của quá trình, các thông số ảnh hưởng, các dạng công
trình xử lý vi sinh hiếu khí Khoá Luận Tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Hoàng Hưng


Khoá Luận Tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Hoàng Hưng
SVTH: Cao Thế Hiển Page 4
Lớp: 08CSH2
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI
VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI

2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI

2.1.1 Khái niệm về nước thải và sự ô nhiễm nước
- Nước
là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng cho
tất cả
các sinh
vật
trên trái
đất
.
Nếu
không có
nước
thì
chắc chắn
không có
sự
sống
xuất hiện, thiếu nước
thì
cả
n

ớ
n
của nhân
loại đều xuất hiện
và phát
triển
trên
lưu vực
của các con sông
lớn như:
n
ề
n
văn
minh
Lưỡng
Hà
ở
Tây Á
nằm ở lưu vực
hai con sông
lớn
là Tigre và Euphrate (thuộc Irak
hiện
nay);
nền văn
minh Ai
Cập ở hạ lưu
sông Nil;
nền văn

ế
t
dùng
hệ
thống
tưới nước để
trồng trọt và ngày nay con
người
đã khám phá thêm
nhiều khả
năng
của
nước đảm bảo
cho
sự
phát
triển
của xã hội trong
tương
lai:
n
ướ
c
là nguồn cung
cấp thực phẩm
và nguyên
liệu
công
nghi
ệ

n
đặc biệt
vì nó tàng
trữ
một
nguồn
năng lượng lớn
và
lại
hòa tan
nhiều vật chất
có
th
ể
khai thác phục vụ cho nhu
cầu
nhiều mặt
của con
người.
Trong công
nghi
ệ
p,

ng
ườ
i
ta
sử
dụng

nước mặn,
còn
lại
là
nước
ngọt.
Nước giữ
cho khí
hậu tương
đối ổn định và pha loãng các
yếu
tố gây ô
nhiễm
môi
trường,
nó còn là thành
phần cấu tạo
chính
yếu
trong
cơ thể
sinh
v
ậ
t,
chiếm từ
50%-97% trọng
lượng
của
cơ thể, chẳng hạn như ở người nước chiếm

bị đóng
băng, ở dạng hơi
trong khí
quyển
và
ở
dạng tuyết
trên lục
điạ
chỉ có 0, 5%
nước
ngọt
hiện diện
trong sông, suối, ao, hồ mà con
người
đã và
đang
sử
dụng. Tuy nhiên,
nếu
ta
trừ phần nước
bị ô
nhiễm
ra thì chỉ có
kho
ả
ng
0,003%
là

hình thành
dưới
ả
nh
hưởng
của các quá trình
tự
nhiên không có
sự
tác động của con
người.
Tùy theo độ khoáng,
nước
chia ra làm:
nước
ngọt
(lượng
muối < 1g/l),
nước lợ
(10 - 50 g/l) và
nước
muối (> 50 g/l).
Nước
ngọt
chia làm:
nước
khoáng ít
(đến
200mg/l), khoáng trung bình (200 - 500mg/l),
nước

nghi
ệ
p. Khoá Luận Tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Hoàng Hưng
SVTH: Cao Thế Hiển Page 6
Lớp: 08CSH2

Hình 2.1 tỉ lệ giũa các loại nước trên thế giới (liêm 1990)

-
Nước
thải sinh hoạt: là
nước
nhà
tắm, giặt,
hồ
bơi,
nhà
ăn,
nhà
vệ
sinh,
nước
r
ử

(như
cacbonhydrat, protein,
mỡ); chất
dinh
dưỡng
(photphat,
nitơ);
vi trùng;
chất rắn
và mùi.
-
Nước
khí
qu
y
ể
n
:

được
hình thành do
mưa
và
chảy
ra
từ
đồng ruộng. Chúng bị ô
nhiễm bởi
các
chất

thuốc sát trùng, phân bón

Khoá Luận Tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Hoàng Hưng
SVTH: Cao Thế Hiển Page 7
Lớp: 08CSH2
-
Nước
thải công
nghi
ệ
p
:

xuất hiện
khi khai thác và
chế biến
các nguyên
liệu hữu
c
ơ
và
vô
cơ.
Trong các quá trình công
nghệ
các nguồn
nước thải
là:
a.
Nước

ế
n.

c.
Nước rửa
nguyên
liệu, sản phẩm, thiết
b
ị
.
d. Dung dịch
nước
cái.
e.
Nước chiết, nước hấp
thụ.
f.
Nước
làm nguội.
g. Các
nước
khác
như: nước bơm
chân không,
từ thiết
bị
ngưng
tụ hòa trộn,
hệ
thống

(kg/ngày)
Chất rắn lơ lửng 70 – 145 89 – 184,5
Amoni (N-NH
4
) 2,4 – 4,8 3,1 – 6,2
BOD
5
của nước đã lắng 45 – 54 57,2 – 68,7
Nitơ tổng hợp 6 – 12 7,6 – 15,2
Tổng photpho 0,8 – 4,0 1,02 – 5,1
COD 72 – 102 91,6 – 127,7
Dầu mỡ 10 – 30 12,7 – 38,1
Nguồn: Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương pháp sinh
học,PGS.TS Nguyễn Văn Phước, Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội, 2007.

Thành phần của nước thải sinh hoạt gồm 2 loại:
- Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh.
- Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh họat : cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa
trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà.

Bảng 2.2 Thành phần trung bình của nước thải sinh hoạt
Mức độ ô nhiễm
STT

Các chất có trong nước thải (mg/l)
Nặng
Trung
bình
Nhẹ
1

8
9
10
11
12
13
14
15
Oxy hoà tan
Nitơ tổng
Nitơ hữu cơ
N-NH3
N-NO2
N-NO3
Clorua
Độ kiềm (mg CaCO3)
Chất béo
Tổng photpho
0
85
35
50
0,1
0,4
175
200
40
-
0
50

và các thói quen của người dân, có thể ước tính bằng 80% lượng nước được cấp. Giữa
lượng nước thải và tải trọng chất thải của chúng biểu thị bằng các chất lắng hoặc
BOD
5
có 1 mối tương quan nhất định.
- Nước thải sinh hoạt có hàm lượng các chất dinh dưỡng khá cao, đôi khi vượt cả yêu
cầu cho quá trình xử lý sinh học.

Khoá Luận Tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Hoàng Hưng
SVTH: Cao Thế Hiển Page 10
Lớp: 08CSH2
- Một tính chất đặc trưng nữa của nước thải sinh hoạt là không phải tất cả các chất
hữu cơ đều có thể bị phân hủy bởi các vi sinh vật và khoảng 20-40% BOD thoát ra
khỏi các quá trình xử lý sinh học cùng với bùn.
2.1.2.2 Nước thải công nghiệp
Là lọai nước thải sau quá trình sản xuất, có thành phần và tính chất phức tạp hơn so
với nước thải sinh hoạt và phụ thuộc vào loại hình công nghiệp. Đặc tính ô nhiễm và
nồng độ của nước thải công nghiệp rất khác nhau phụ thuộc vào lọai hình công nghiệp
và chế độ công nghệ lựa chọn.

Bảng 2.3 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải của một số ngành công
nghiệp
Ngành công nghiệp Các chất ô nhiễm Nồng độ (mg/l)
NH
3
-N 200
N hữu cơ 100

Nhà máy luyện thép


Khoá Luận Tốt nghiệp GVHD: PGS.TS. Hoàng Hưng
SVTH: Cao Thế Hiển Page 11
Lớp: 08CSH2
BOD
5
700 – 7.000
Thuộc da
Chất rắn lơ lửng 4.000 – 20.000
Nguồn: Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng phương pháp sinh
học, PGS.TS Nguyễn Văn Phước, Nhà xuất bản xây dựng Hà Nội, 2007.

- Trong công nghiệp, nước được sử dụng như là một loại nguyên liệu thô hay phương
tiện sản xuất (nước cho các quá trình) và phục vụ cho các mục đích truyền nhiệt. Nước
cấp cho sản xuất có thể lấy mạng cấp nước sinh hoạt chung hoặc lấy trực tiếp từ nguồn
nước ngầm hay nước mặt nếu xí nghiệp có hệ thống xử lý riêng. Nhu cầu về cấp nước
và lưu lượng nước thải trong sản xuất phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Lưu lượng nước
thải của các xí nghiệp công nghiệp được xác định chủ yếu bởi đặc tính sản phẩm được
sản xuất.
- Thành phần nước thải sản xuất rất đa dạng, thậm chí ngay trong một ngành công
nghiệp, số liệu cũng có thể thay đổi đáng kể do mức độ hoàn thiện của công nghệ sản
xuất hoặc điều kiện môi trường.
2.1.2.3 Nước thải là nước mưa
- Đây là lọai nước thải sau khi mưa chảy tràn trên mặt đất và lôi kéo theo các chất cặn
bã, dầu mỡ,… khi đi vào hệ thống thóat nước.
- Những nơi có mạng lưới cống thoát riêng biệt: mạng lưới cống thoát nước thải riêng
với mạng lưới cống thoát nước mưa. Nước thải đi về nhà máy xử lý gồm: nước sinh
hoạt, nước công nghiệp và nước ngầm thâm nhập, nếu sau những trận mưa lớn không
có hiện tượng ngập úng cục bộ, nếu có nước mưa có thể tràn qua nắp đậy các hố ga
chảy vào hệ thống thoát nước thải. Lượng nước thâm nhập do thấm từ nước ngầm và
nước mưa có thể lên tới 470m