BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ
TP. HCM
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP

ĐỀ TÀI:
TÌM HIỂU VÀ ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ CỦA
MỘT SỐ GIÁ THỂ TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC BÁM DÍNH

Ngành : MÔI TRƯỜNG VÀ CÔNG NGHỆ SINH HỌC
Chuyên ngành: MÔI TRƯỜNG Sinh viên thực hiện: NGUYỄN XUÂN NGHỊ
MSSV:0811110056 Lớp: 08CSH2
TP.Hồ Chí Minh,2011
Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 1 MSSV:0811110056

MỤC LỤC

2.2.2.1. Lọc sinh học (Biofilter) 14
2.2.2.2. Lọc sinh học có lớp vật liệu không ngập
trong nước (Lọc trong nước) 14
2.2.2.3. Lọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước 18
2.2.2.4. Lọc sinh học với lớp vật liệu là các hạt cố định 19
2.2.2.4.1. Biofor 20
2.2.2.4.2. Biodrof 20
2.2.2.4.3. Oxiazur 21
2.2.2.4.4. Nitrazur 21
2.2.2.5. Đĩa quay sinh học RBC 21
2.3. Các vi sinh vật tham gia vào quá trình xử lý nước thải 22
2.3.1. Vi khuẩn (Bacteria) 23
2.3.2. Virus và thực khuẩn thể 28
2.3.3. Vi nấm(Fungi) 29
2.3.4. Nấm men 30
2.3.5. Nấm móc 31
2.3.6. Tảo (Algae) 32
2.3.7. Nguyên sinh động vật (Protozoa) 33
2.4. Lịch sử nghiên cứu và ứng dụng phương pháp sinh trưởng dính bám
trong xử lý nước thải 34
2.4.1. Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí với sinh
trưởng dính bám 34
2.4.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí với sinh
trưởng dính bám 36
2.4.3. Vật liệu làm giá thể 38 Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH
SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 4 MSSV:0811110056

DANH MỤC VIẾT TẮT
SVI : Sludge Volume Index
MLSS: Mix Liquoz Suspendids Solids
KCN : Khu công nghiệp
CHLB: Cộng hòa liên bang
ADN : Axit dezoxyribonucleic
ARN :Axit ribonucleic
BOD : Nhu cầu oxi sinh hóa – Biochemical oxigen Demand
COD : Nhu cầu oxi hóa học – Chemical oxigen Demand
SS : Suspendids Solids
RBC : Rotating biological contactors Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 5 MSSV:0811110056

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1: Một số giống chính trong quần thể vi khuẩn có trong bùn hoạt tính 5
Bảng 2.2 : Tính chất vật lý của một số vật liệu dùng ở cho lọc nhỏ giọt 15
Bảng 2.3: Phân biệt tải trọng trong các bể lọc sinh học nhỏ giọt 17
Bảng 3.1: Các thông số hoạt động của mô hình ứng với từng tải trọng 42
Bảng 3.2: Kết quả nghiên cứu trên mô hình tĩnh 47
Bảng 3.3: Kết quả nghiên cứu trên mô hình tĩnh 49
Bảng 3.4: Các thông số mô hình ứng với từng tải trọng 51
Bảng 3.5: Tổng hợp kết quả xử lý đạt hiệu quả tốt nhất của các giá thể 62

Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 7 MSSV:0811110056

CHƯƠNG I : MỞ ĐẦU


SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 8 MSSV:0811110056

b) Đối tượng:
1.3. Nội dung nghiên cứu:
Các giá thể sinh học dùng để xử lý nước thải.
• Tổng quan các phương pháp sinh học trong xử lý nước thải bằng phương
pháp lơ lửng và dính bám.
• Giới thiệu và đánh giá hiệu quả của một số giá thể trong xử lý sinh học
dính bám.
1.4. Phạm vi nghiên cứu:
• Nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết.
• Dùng một số thí nghiệm để đánh giá khả năng xử lý nước thải của một số
giá thể sinh học.
1.5. Phương pháp nghiên cứu:
• Thu thập tài liệu trong và ngoài nước có liên quan đến nội dung nghiên
cứu.
• Tổng hợp phân tích, so sánh và đánh giá lựa chọn hướng nghiên cứu phù
hợp.
• Bùn hoạt tính lắng xuống là “bùn già”, hoạt tính giảm. Nếu được hoạt hóa (trong
môi trường thích hợp có sục khí đầy đủ) sẽ sinh trưởng trở lại và hoạt tính được
phục hồi.
• Số lượng vi khuẩn trong bùn hoạt tính dao động trong khoảng 10
8
đến 10
12
trên
1 mg chất khô. Phần lớn chúng là Pseudomomonas, Achomobacter, Alcaligenes,
Bacillus, Micrococus, Flavobac terium.
Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 10 MSSV:0811110056

Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính đơn giản Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống bùn hoạt tính thông thường
Alcaligenes
Phân hủy protein, phản nitrat hóa
Flavobacterium
Phân hủy protein
Nitrococcus
denitrificans
Thiobacillus
denitrificans
Acinetobacter
Hyphomicrobium

Phản nitrat hóa (khử nitrat thành N
2
)

Desulfovibrio
Khử sulfat, khử nitrat

• Các chất keo dính trong khối nhầy của bùn hoạt tính hấp phụ các chất lơ lửng, vi
khuẩn, các chất màu, mùi… trong nước thải. Do vậy hạt bùn sẽ lớn dần và tổng
lượng bùn cũng tăng lên, rồi từ từ lắng xuống đáy. Kết quả là nước sáng màu, giảm
lượng ô nhiễm, các chất huyền phù lắng xuống cùng với bùn và nước được làm sạch.
• Tính chất quan trọng của bùn là khả năng tạo bông.
• Trong bùn hoạt tính ta còn thấy các loài thuộc động vật nguyên sinh. Chúng
đóng vai trò khá quan trọng trong bùn. Chúng cũng tham gia phân h ủy các chất hữu
cơ ở điều kiện hiếu khí, điều chỉnh loài và tuổi cho quần thể sinh vật trong bùn, giữ
cho bùn luôn luôn hoạt động ở điều kiện tối ưu. Động vật nguyên sinh ăn các vi
khuẩn già hoặc đã chết, tăng cường loại bỏ vi khuẩn gây bệnh, làm đậm đặc màng
Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH


Cách tạo bùn có thể tiến hành như sau:
• Lấy mẫu nước thải li tâm bỏ phần cặn, lấy dịch trong.
• Chuẩn bị các môi trường nuôi cấy thử vi sinh vật như sau:
Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 13 MSSV:0811110056

 Dịch nước thải (phần dịch trong) để nguyên có cân bằng dinh
dưỡng bằng cách bổ sung nguồn N và P.
 Dịch nước thải pha loãng với nước có thêm các nguyên tố khoáng
theo tỉ lệ 1 : 1, 1 : 2 hoặc 1 : 3 và cân bằng dinh dưỡng (N và P).

Ứng dụng kỹ thuật bùn hoạt tính trong xử lý hiếu khí nước thải cần chú ý các
điểm sau:
• Cân bằng dinh dưỡng cho môi trường lỏng (nước thải trong các công trình xử lý,
đặc biệt là khi tạo bùn và hoạt hóa bùn hồi lưu) theo tỉ lệ BOD
5
: N : P (bình thường
là 100 : 5 : 1 và xử lý kéo dài 200 : 5 : 1. Thiếu nitơ lâu dài, ngoài sự cản trở tạo tế
bào mới và bùn, cản trở quá trình trao đ ổi chất còn làm cho bùn khó lắng. Thiếu
phospho tạo sự phát triển của vi khuẩn dạng sợi, là nguyên nhân chính làm bùn
phồng lên, khó lắng.
• Chỉ số SVI (Sludge Volume Index) : chỉ số thể tích bùn
Chỉ số SVI được định nghĩa là số ml nước thải đang xử lý lắng được 1 gam bùn
(theo chất khô không tro) trong 30 phút và được tính:  =
V.1000

2.1.2. Các công trình hiếu khí nhân tạo xử lý nước thải dựa trên cơ sở sinh trưởng lơ
lửng của vi sinh vật:
2.1.2.1. Bể phản ứng sinh học hiếu khí – Aeroten:
a.
Bể phản ứng sinh học hiếu khí – aeroten là công trình bê tong cốt thép hình khối
chữ nhật hoặc hình tròn, cũng có trường hợp người ta chế tạo các aeroten bằng sắt
thép hình khối trụ. Thông dụng nhất hiện nay là các aeroten hình bể khối chữ nhật.
Nước thải chảy qua suốt bề dài của bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng
cường lượng oxi hòa tan và tăng cường quá trình oxi hóa chất bẩn hữu cơ có trong
nước.
Nước thải sau khi xử lý sơ bộ còn chứa phần lớn các chất hữu cơ ở dạng hòa tan
cùng các chất lơ lửng đi vào aeroten. Các chất lơ lửng này là một số chất rắn và
có thể là các chất hữu cơ chưa phải là dạng hòa tan. Các chất lơ lửng làm nơi vi
sinh bám vào để cơ trú, sinh sản và phát triển, dần thành các hạt cặn bông. Các
hạt này dần dần to và lơ lửng trong nước. Chính vì vậy, xử lý nước thải ở aeroten
được gọi là quá trình xử lý với sinh trưởng lơ lửng của quần thể vi sinh vật. Các
hạt bông cặn này cũng chính là bùn hoạt tính.
Quá trình oxi hóa các chất bẩn hữu cơ xảy ra trong aeroten qua 3 giai đoạn:
Đặc điểm và nguyên lý làm việc của aeroten:
 Giai đoạn thứ nhất: tốc độ oxi hóa bằng tốc độ tiêu thụ oxi. Ở giai đoạn
này bùn hoạt tính hình thành và phát triển. Hàm lượng oxi cần cho vi sinh
vật sinh trưởng, đặc biệt ở thời gian đầu tiên thức ăn dinh dưỡng trong nước
Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 15 MSSV:0811110056

thải rất phong phú, lượng sinh khối trong thời gian này rất ít. Sau khi vi sinh
vật thích nghi với môi trường, chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân.
Vì vậy, lượng tiêu thụ oxi tăng cao dần.


Phân loại theo chế độ thủy động: aeroten đẩy, aeroten khuấy trộn và aeroten
hỗn hợp.
Phân loại theo chế độ làm việc của bùn hoạt tính: aeroten có ngăn hoặc bể tái
sinh (hoạt hóa) bùn hoạt tính tách riêng và loại không có ngăn tái sinh bùn hoạt
tính tách riêng.

• Bể aeroten truyền thống: Tuần hoàn bùn hoạt tính Xả bùn cặn Xả bùn hoạt tính thừa
Hình 2.3: Sơ đồ làm việc của bể aeroten truyền thống

 Nước thải sau lắng 1 được trộn đều với bùn hoạt tính hồi lưu ở ngay đầu bể
aeroten. Lượng bùn hồi lưu so với lượng nước thải có độ ô nhiễm trung bình khoảng
20 – 30%. Dung tích bể tính toán sao cho khi dùng khí nén sục khối nước trong bể
sau 6 – 8h, hoặc làm thoáng bề mặt bằng khuấy cơ học trong 9 – 12h đã đảm bảo
hiệu suất xử lý tới 80 – 95%.
Bể lắng
1
Bể lắng
2
Bể Aeroten
Nước thải

 Cấp khí dọc theo chiều dài. Cấp khí như thế này sẽ dư oxi một chút ở phần cuối
aeroten. Song, aeroten được chia thành nhiều ngăn thì sẽ khắc phục được dễ dàng. Mỗi
ngăn ở đây là một bậc. Nạp theo bậc có tác dụng làm cân bằng tải trọng BOD theo thể
Bể lắng
1
Bể lắng
2
Nước thải
Nước ra
Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 18 MSSV:0811110056

tích bể, làm giảm sự thiếu hụt oxi ở đầu bể và lượng oxi được trải đều theo dọc bể làm
cho hiệu suất sử dụng oxi tăng lên, hiệu suất xử lý sẽ cao hơn.
2.2. Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học sinh trưởng dính bám:
2.2.1. Sinh trưởng dính bám (cố định hay gắn kết) – Màng sinh học:
• Trong dòng nước thải có những vật rắn làm giá đỡ (giá mang), các vi sinh vật (chủ
yếu là vi khuẩn) sẽ dính bám trên bề mặt. Trong số các vi sinh vật có những loài sinh ra
các polysacarit có tính chất như các chất dẻo (gọi là polymer sinh học), tạo thành màng
(màng sinh học). Màng này cứ dày dần thêm và thực chất đây là sinh khối vi sinh vật dính
bám hay là cố định trên các chất mang. Màng này có khả năng oxi hóa các chất hữu cơ có
trong nước khi chảy qua hoặc tiếp xúc, ngoài ra màng này còn khả năng hấp thụ các chất
bẩn lơ lửng hoặc trứng giun sán v.v…
• Như vậy màng sinh học là tập hợp các loài sinh vật khác nhau, có hoạt tính oxi
hóa các chất hữu cơ có trong nước khi tiếp xúc với màng. Màng này dày 1 – 3mm và hơn
nữa. Màu của màng thay đổi theo thành phần của nước thải từ màu xám đến màu nâu tối.
Trong quá trình xử lý nước thải chảy qua phin lọc sinh học có thể cuốn theo các hạt của
màng vở với kích thước 15 - 30m có màu sáng vàng hoặc nâu.

lọc là các cá thể tùy tiện.
• Màng sinh học này được dùng trong các phin lọc sinh học hiếu khí và đĩa quay
sinh học.
• Phần dưới cùng của màng là lớp quần thể vi sinh vật với sự có mặt của động vật
nguyên sinh và một số vi sinh vật khác. Các loại này ăn vi sinh vật và sử dụng một
phần màng sinh học để làm thức ăn tạo thành các lỗ nhỏ của màng trên bề mặt chất
mang. Quần thể vi sinh vật của màng sinh học có tác dụng như bùn hoạt tính.
• Nhìn chung ở vùng trên cùng của phin lọc có sinh khối nhiều chất và màng lọc
cũng là dày nhất, ở vùng giữa ít hơn và vùng dưới nữa là ít nhất. Màng vi sinh vật sẽ
tăng dần lên và dày thêm, các tế bào bên trong màng ít tiếp xúc với cơ chất và ít nhận
được oxi phải chuyển sang phân hủy kị khí. Sản phẩm của biến đổi kị khí là các chất
hữu cơ, các alcol…Các chất này tạo ra chưa kịp khuếch tán ra ngoài đã b ị các vi sinh
vật khác sử dụng và nước lọc qua phin không ảnh hưởng gì lớn.
Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 20 MSSV:0811110056

• Với đặc điểm như vậy, màng sinh học có thể oxi hóa được tất cả các chất hữu cơ dễ
phân hủy có trong nước thải. Màng này dần dần bịt các khe giữa các hạt các, phin lọc giữ
lại các tạp chất, các thành phần sinh học có trong nước làm cho vận tốc nước qua lọc chậm
dần và phin làm việc có hiệu quả hơn. Nó hấp phụ giữ lại các vi khuẩn cũng như các tạp
chất hóa học. Nó oxi hóa các hợp chất hữu cơ có trong nước và nước được dần dần làm
sạch. Nếu lớp màng quá dày ta có thể dùng nước rửa, sục nước để loại bỏ màng và phin sẽ
chảy nhanh hơn, hiệu quả của lọc có giảm, nhưng dần dần lại được hồi phục.
• Vận tốc lọc tốt là vào khoảng 11000 m
3
/0.4 ha.ngày.
• Hiệu quả của phin lọc chậm có thể giữ được tới 99% vi khuẩn có trong nước.
2.2.2. Các công trình hiếu khí nhân tạo dựa trên cơ sở sinh trưởng dính bám của vi

này được lặp đi lặp lại nhiều lần. Kết quả là BOD của nước thải bị vi sinh vật sử dụng
làm chất dinh dưỡng và bị phân hủy kị khí cũng như hiếu khí: nước thải được làm sạch.

Vật liệu lọc:
Phân lớn các vật liệu lọc có trên thị trường đáp ứng các yêu cầu sau:
Vật liệu lọc khá phong phú: từ đá giăm, đá cuội, đá ong, vòng kim
loại, vòng gốm, than đá, than cốc, gỗ mảnh, chất dẻo tấm uốn lượn v.v…
o Diện tích riêng lớn, thay đổi từ 80 – 220 m
2
/m
3
.
o Chỉ số chân không cao để tránh lắng đọng (thường cao hơn 90%).
o Nhẹ. Có thể sử dụng ở độ cao lớn (từ 4 đến 10m hoặc cao hơn)
o Có độ bền cơ học đủ lớn. Khi làm việc, vật liệu dính màng sinh học và
ngậm nước nặng tới 300 – 350 kg/m
3
. Để tính toán, giá đỡ thường lấy giá trị an
toàn là 500 kg/m
3
.
o Quán tính sinh học cao.
o Ổn định hóa học.
Bảng 2.2 : Tính chất vật lý của một số vật liệu dùng ở cho lọc nhỏ giọt
Vật liệu
Kích thước
(in)
Khối lượng/đơn
vị thể tích
(Ib/ft

3 – 5

55 – 75
50 – 62

17 – 21
14 – 18

40 – 50
50 – 60
Chất dẻo (tấm):
- Thông thường
- Bề mặ
t riêng
cao

24 x 24 x 48
24 x 24 x 48

2 – 6
2 – 6

24 – 30
30 – 60

94 – 97
94 – 97
Gỗ đỏ
48 x 48 x 20
9 – 11

/m
3


- Bể lọc sinh học làm việc trong điều kiện thoáng khí. Ngoài việc cấp oxi cho vi
sinh vật ở màng sinh học hoạt động, thoáng khí còn có tác dụng loại ra khỏi lọc các
khí tạo thành do quá trình phân hủy các chất hữu cơ có trong nước, như CO
2
và có thể
có cả CH
4
, H
2
S v.v…
Thông khí ở bể lọc sinh học:
- Thông khí ở đây có thể bằng cách tự nhiên hay nhân tạo. Thông khí tự nhiên là
do sự chênh lệch nhiệt độ trong và ngoài bể. Nếu nhiệt độ của nước thải lớn hơn nhiệt
độ của không khí thì không khí sẽ đi từ cửa thông khí ở thành phía dưới gần đáy bể,
qua lớp vật liệu lọc đi lên. Ngược lại, nếu nhiệt độ của nước thải thấp hơn nhiệt độ của
không khí thì không khí sẽ thâm nhập qua bề mặt lớp vật liệu lọc theo nước thải
xuống đáy bể. Trường hợp nhiệt độ của nước thải và không khí bằng nhau thì bể lọc
không thông khí. Trường hợp này khắc phục bằng thong khí nhân tạo.
- Trong thong khí nhân tạo, người ta dùng quạt gió thổi vào khoảng trống ở đáy bể
và không khí từ đó đi lên qua các khe hở của lớp vật liệu.
- Lượng không khí cần thiết cho lọc sinh học tính theo công thức:
Bài Khóa Luận Tốt Nghiệp Khoa: MT & CNSH SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 23 MSSV:0811110056


Tải trong cao
Chiều cao lớp vật liệu
(m)
1 – 3
0,9 – 2,4 (đá)
6 – 8 (nhựa tấm)
Loại vật liệu

Đá cục, than cục,
đá ong, cuội lớn
Đá cục, than cục, sỏi
lớn, tấm nhựa đúc, cầu
nhựa
Tải trọng theo chất hữu
cơ theo thể tích vật liệu
lọc
Kg BOD
5
/ 1 m
3

vật liệu / ngày
0,08 – 0,4
0,4 – 1,6
Tải trọng thủy lực theo
diện tích bề mặt
m
3
/m
2

SVTH:NGUYỄ XUÂN NGHỊ 24 MSSV:0811110056

Hiệu quả khử BOD sau
bể lọc và bể lắng 2
Phần trăm
80 – 90
65 – 85
Ghi chú: Tải trọng thủy lực nêu trong bảng là tỉ số của lưu lượng nước xử lí Q (m
3

/ ngày) cộng với lưu lượng tuần hoàn Q
T
(m
3
/ ngày) (nếu có) chia cho diện tích bề
mặt của bể lọc S (m
2
).
Bể lọc sinh học nhỏ giọt tải trọng thấp quản lí đơn giản, hiệu quả xử lí ổn định cả khi
nước nguồn có chất lượng dao động lớn, hiệu quả xử lí của bể lọc phụ thuộc vào chế
độ tưới nước tức là phụ thuộc vào vòng quay của thiết bị tưới, hay thể tích thùng đo
và tích nước rồi lấy ra bằng xi phông. Thời gian tưới gián đoạn khoảng ≤ 5 phút.
2.2.2.3. Lọc sinh học với lớp vật liệu ngập trong nước:
- Trong quá trình làm việc, lọc có thể khử được BOD và chuyển hóa NH
4
+
thành
NO
3
-