TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI 2
KHOA HÓA HỌC

PHAN THỊ HUÊ
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ COD TRONG
NƢỚC THẢI SINH HOẠT PHÂN TÁN
BẰNG HỆ AAO CẢI TIẾN

KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: HÓA CÔNG NGHỆ - MÔI TRƢỜNG

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:
ThS. Lê Cao Khải, Khoa Hóa Học – Trường
Đại Học Sư Phạm Hà Nội 2

HÀ NỘI - 2014

Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2

Phan Thị Huê K36B - Hóa
LỜI CẢM ƠN

Tôi xin cam đoan những nội dung mà tôi đã trình bày trong khoá luận tốt
nghiệp này là kết quả quá trình nghiên cứu, tìm tòi học hỏi của bản thân dưới
sự chỉ đạo của giáo viên hướng dẫn ThS. Lê Cao Khải. Những kết quả
nghiên cứu trong khoá luận chưa từng được công bố tại bất cứ công tình
nghiên cứu nào.

Hà Nội, ngày 20 tháng 4 năm 2014
Sinh viên

Phan Thị Huê
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2

Phan Thị Huê K36B - Hóa
MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC BẢNG
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƢỚC THẢI
SINH HOẠT PHÂN TÁN 2
1.1. Tổng quan về nước thải sinh hoạt 2
1.1.1. Nguồn gốc nước thải sinh hoạt 2
1.1.2. Thành phần và đặc tính nước thải sinh hoạt 2
1.1.3. Tác hại đến môi trường 5
1.1.4. Bảo vệ nguồn nước mặt khỏi sự ô nhiễm do nước thải 6
1.2. Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phân tán 7
1.2.1. Các phương pháp được ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt 7

Hình 1.4: Sơ đồ dây chuyền công nghệ với MBR
Hình 1.5: Sơ đồ kiểu đặt ngập và kiểu đặt ngoài của môđun màng MBR
Hình 1.6: Sơ đồ công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt Biofilter
Hình 1.7: Sơ đồ công nghệ Anoxic- Oxic
Hình 2.1: Hệ thống thiết bị thí nghiệm AAO
Hình 2.2: Sơ đồ hệ thống thiết bị thí nghiệm
Hình 3.1: Mối quan hệ giữa COD vào, ra và hiệu suất xử lý COD
Hình 3.2: Ảnh hưởng của tải lượng COD
vào
đến hiệu suất xử lý COD tổng
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2

Phan Thị Huê K36B - Hóa
DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Lượng phát thải sinh học bình quân của con người trong ngày xả
vào hệ thống thoát nước (theo quy định của TCXD 51:2007)
Bảng 1.2: Thành phần nước thải sinh họat phân tích theo các phương pháp
của APHA
Bảng 1.3: Quy chuẩn Việt Nam về nước thải sinh hoạt QCVN
14:2008/BTNMT
Bảng 1.4: Một số ưu điểm của công nghệ AAO & MBR
Bảng 3.1: Đặc trưng của nước thải trong nghiên cứu
Bảng 3.2: Tóm tắt kết quả xử lý COD ở các chế độ thí nghiệm

Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2

Phan Thị Huê K36B - Hóa
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT



Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quý giá của con người. Nước trong tự
nhiên bao gồm toàn bộ các đại dương, biển, vịnh, sông, hồ, ao, suối, nước
ngầm, hơi nước ẩm trong đất và trong khí quyển. Trên trái đất khoảng 97% là
nước mặn, 2-3% là nước ngọt, nó chiếm một tỷ lệ rất nhỏ. Nước ngọt dạng
lỏng thường ở các tầng ngầm, chiếm khoảng 2,24% tổng lượng nước ngọt. Như
vậy, chỉ có khoảng 0,03% lượng nước trên hành tinh là có thể sử dụng được.
Nước cần cho mọi sự sống và phát triển. Nước giúp cho các tế bào sinh
vật trao đổi chất, tham gia vào các phản ứng hoá sinh và tạo nên các tế bào
mới. Vì vậy, có thể nói rằng ở đâu có nước là ở đó có sự sống.
Nước được dùng cho đời sống, sản xuất nông nghiệp, công nghiệp và
dịch vụ. Sau khi sử dụng nước trở thành nước thải, bị ô nhiễm với các mức độ
khác nhau. Ngày nay, cùng với sự bùng nổ dân số và tốc độ phát triển cao của
công nông nghiệp Đã để lại nhiều hậu quả phức tạp, đặc biệt là vấn đề ô
nhiễm môi trường nước. Vấn đề này đang được nhiều sự quan tâm của mọi
người, mọi quốc gia trên thế giới.
Ở nước ta hiện nay phần lớn nước được thải ra sông hồ mà chưa qua xử
lý. Vì vậy, dẫn đến tình trạng các con sông đó bị ô nhiễm bốc mùi khó chịu,
làm mất cảnh quan và ảnh hưởng nghiêm trọng tới sức khoẻ của con người.
Hiện nay, người ta đã đưa ra nhiều phương pháp xử lý nước thải sinh
hoạt. Một trong những phương pháp đó là xử lý nước thải bằng phương pháp
sinh học. Để góp phần nhỏ vào việc bảo vệ môi trường, trong bản khoá luận
này bước đầu chúng tôi thực hiện đề tài “ Nghiên cứu xử lý COD trong
nƣớc thải sinh hoạt phân tán bằng hệ AAO cải tiến “.
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2

Phan Thị Huê 2 K36B - Hóa
CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
NƢỚC THẢI SINH HOẠT PHÂN TÁN

thải sinh hoạt dao động trong khoảng 150-450mg/l theo trọng lượng khô. Có
khoảng 20-40% chất hữu cơ khó bị phân huỷ sinh học. Ở những khu dân cư
đông đúc, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh hoạt không được xử lý
thích đáng là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
Trong quá trình sinh hoạt, con người xả vào hệ thống thoát nước một
lượng chất bẩn nhất định, phần lớn là các loại cặn, chất hữu cơ, các chất dinh
dưỡng. Ở nước ta Tiêu chuẩn TCXD 51:2007 quy định về lượng phát thải
sinh hoạt bình quân của con người xả vào hệ thống thoát nước trong một ngày
theo bảng 1.1 sau đây.
Bảng 1.1: Lƣợng phát thải sinh học bình quân của con ngƣời trong một
ngày xả vào hệ thống thoát nƣớc (theo quy định của TCXD 51:2007)

Các chất
Giá trị gam/ ngƣời/ ngày.đêm
Chất lơ lửng (SS)
60,65
BOD
5
của nước thải chưa lắng
65
BOD
5
của nước thải đã lắng
30,35
Nitơ amôn (N-NH
4
)
8
Phốt phát (PO
4

- Nitơ ammoniac
- NO
2

- NO
3

- Clorua
- Độ kiềm
- Chất béo
- Tổng photpho
1000
700
300
600
12
300
0
85
35
50
0,1
0,4
175
200
40
-
500
350
150

Nước thải sinh hoạt có thành phần với các giá trị điển hình như sau:
COD=500 mg/l, BOD
5
=250 mg/l, SS=220 mg/l, photpho=8 mg/l, nitơ NH
3
và
nitơ hữu cơ=40 mg/l, pH=6.8, TS= 720mg/l.
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2

Phan Thị Huê 5 K36B - Hóa
Như vậy, 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. Thông thường các
quá trình xử lý sinh học cần các chất dinh dưỡng theo tỷ lệ sau: BOD
5
:N:P =
100:5:1
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.
1.1.3. Tác hại đến môi trường
Tác hại đến môi trường của nước thải do các thành phần ô nhiễm tồn
tại trong nước thải gây ra.
- COD, BOD: Sự khoáng hoá, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng
lớn và gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến
hệ sinh thái môi trường nước. Nếu ô nhiễm quá mức, điều kiện yếm khí
có thể hình thành. Trong quá trình phân hủy yếm khí sinh ra các sản
phẩm như H
2
S, NH
3

của nguồn nước. Khả năng tự làm sạch của nguồn nước phụ thuộc vào các
điều kiện xáo trộn và pha loãng của nước thải với nguồn. Sự có mặt của các vi
sinh vật, trong đó có các vi khuẩn gây bệnh, đe dọa tính an toàn vệ sinh nguồn
nước.
Biện pháp được coi là hiệu quả nhất để bảo vệ nguồn nước là:
 Hạn chế số lượng nước thải xả vào nguồn nước.
 Giảm thiểu nồng độ ô nhiễm trong nước thải theo qui địng bằng cách
áp dụng công nghệ xử lý phù hợp đủ tiêu chuẩn xả ra nguồn nước.
Ngoài ra, việc nghiên cứu áp dụng công nghệ sử dụng lại nước thải
trong chu trình kín có ý nghĩa đặc biệt quan trọng.
Và một vấn đề đặt ra yêu cầu chất lượng nước thải sau khi xử lý phải
đạt tiêu chuẩn môi trường. (Bảng 1.3. Tiêu chuẩn thải)
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2

Phan Thị Huê 7 K36B - Hóa
Bảng 1.3: Yêu cầu nƣớc thải sau khi xử lý đạt QCVN 14:2008/BTNMT
TT
Thông số ô nhiễm
Đơn vị
Giới hạn cho phép
(QCVN 14:2008)
Mức A
Mức B
1
pH
-
5-9
5-9
2
BOD


1.2. Tổng quan về công nghệ xử lý nƣớc thải sinh hoạt phân tán
1.2.1. Các phương pháp được ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt
Các loại nước thải đều chứa các tạp chất gây nhiễm bẩn có tính chất
khác nhau: Từ các loại chất rắn không tan, đến các loại chất khó tan và những
hợp chất tan trong nước. Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất đó, làm sạch
lại nước và có thể đưa nước đổ vào nguồn, hoặc đưa tái sử dụng. Để đạt được
những mục đích đó chúng ta thường dựa vào đặc điểm của từng tạp chất để
lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp.
Các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay được chia thành:
+ Phương pháp cơ học: Được sử dụng để tách các tạp chất không hòa
tan và một phần các chất ở dạng keo ra khỏi nước thải. Các công trình xử lý
cơ học bao gồm: Thiết bị chắn rác, nghiền rác, bể điều hòa, bể lắng, lọc, vớt
dầu mỡ, …
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2

Phan Thị Huê 8 K36B - Hóa
+ Phương pháp hóa lý: Có bổ sung thêm hóa chất từ ngoài vào, bao
gồm phương pháp keo tụ tạo bông, trung hòa, tuyển nổi, hấp thụ, hấp phụ,
trao đổi ion, oxi hóa khử, phương pháp điện hóa, …
+ Phương pháp sinh học: Sử dụng các vi sinh vật có sẵn trong nước
thải hoặc bổ sung thêm các chủng, giống vi sinh vật để nâng cao hiệu suất xử
lý nước thải. Các phương pháp sinh học có thể được duy trì trong các điều
kiện yếm khí (không có oxy), thiếu khí và hiếu khí (bổ sung thêm oxy từ
ngoài vào).
Hiện nay, việc kết hợp các phương pháp xử lý một cách khoa học giúp
mang lại hiệu quả cao trong xử lý nước thải, giảm chi phí đầu tư, vận hành…
Căn cứ đặc tính đầu vào và đầu ra của nước thải sinh hoạt mà hiện nay
trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng công nghệ xử lý thường là sự
kết hợp xử lý cơ học và phương pháp xử lý sinh học và qua các bước sau:

Có rất nhiều công nghệ khác nhau được áp dụng cho bước xử lý sinh
học nước thải như dùng bể thổi khí liên tục (aeroten) bể SBR công nghệ kết
hợp quá trình thiếu khí và hiếu khí (AO)….
- Xử lý bùn cặn trong nước thải: Trong nước thải có các chất không hòa
tan như cát, cặn lắng… Được phơi khô hoặc ép làm giảm thể tích và vận
chuyển về bãi chôn lấp.
- Giai đoạn khử trùng: Nhằm tiêu diệt vi sinh vật có hại là giai đoạn bắt
buộc với một số loại nước thải nhằm đảm bảo nước khi thải ra ngoài không
gây hại đến môi trường.
- Xử lý mùi phát tán: Mùi sinh ra ở các bể thu gom nước thải ban đầu
được thu gom và xử lý qua tháp hấp phụ trước khi thải vào môi trường không
khí.
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2

Phan Thị Huê 10 K36B - Hóa
1.2.2. Một số mô hình công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phân tán
1.2.2.1. Công nghệ UASB

Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ UASB.
Nguyên tắc hoạt động
• UASB là viết tắt của cụm từ Upflow anearobic sludge blanket, nghĩa
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.
• UASB là quá trình xử lý sinh học kỵ khí, trong đó nước thải sẽ được
phân phối từ dưới lên và được khống chế vận tốc phù hợp (v<1m/h). Cấu tạo
của bể UASB thông thường bao gồm: Hệ thống phân phối nước đáy bể, tầng
xử lý và hệ thống tách pha.
• Nước thải được phân phối từ dưới lên, qua lớp bùn kỵ khí, tại đây sẽ

khỏi màng đĩa phân phối được dùng cung cấp nhu cầu oxy từ máy thổi khí
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2

Phan Thị Huê 12 K36B - Hóa
cho sự sinh trưởng của vi khuẩn. Tốc độ quay chậm của quạt gió và của thiết
bị trộn chìm được xem như cách thay đổi luân phiên khác của thiết bị thổi khí
cho quy trình SBR.
Quy trình thay đổi luân phiên trong bể SBR không làm mất khả năng
khử BOD trong khoảng 90 – 92%. Ví dụ: Phân hủy yếm khí, quá trình tiếp
xúc yếm khí, lọc yếm khí, lọc tiếp xúc, lọc sinh học nhỏ giọt, tiếp xúc sinh
học dạng đĩa, bể bùn hoạt tính cổ truyền và hồ sinh học hiếu khí chỉ có thể
khử được BOD khoảng 50 – 80%. Vì vậy, việc thay đổi luân phiên được theo
sau giai đoạn khác như hệ thống truyền khí hay hệ thống oxy hoà tan.
Hệ thống SBR yêu cầu vận hành theo chu kỳ để điều khiển quá trình xử
lý. Hoạt động chu kỳ kiểm soát toàn bộ các giai đoạn của quy trình xử lý bao
gồm: Thời gian nước vào, thời gian sục khí, thời gian lắng và thời gian tháo
nước. Mỗi bước luân phiên sẽ được chọn lựa kỹ lưỡng dựa trên hiểu biết
chuyên môn về các phản ứng sinh học.

Hình 1.2. Bể SBR hoạt động theo 5 pha
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2

Phan Thị Huê 13 K36B - Hóa
+ Pha làm đầy: Thời gian bơm nước vào kéo dài từ 1-3 giờ. Dòng nước
thải được đưa vào bể trong suốt thời gian diễn ra pha làm đầy. Trong bể phản
ứng hoạt động theo mẻ nối tiếp nhau, tuỳ theo mục tiêu xử lý, hàm lượng
BOD đầu vào, quá trình làm đầy có thể thay đổi linh hoạt: làm đầy – tĩnh, làm
đầy – hòa trộn, làm đầy – sục khí.
+ Pha phản ứng, thổi khí: Tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn
hoạt tính bằng sục khí hay làm thoáng bề mặt để cấp oxy vào nước và khuấy

(JOHKASOU) - JKS
Hình 1.3: Sơ đồ công nghệ JKS.

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: JKS cải tiến gồm có 5 ngăn (bể) chính:
* Ngăn thứ nhất (bể lọc kỵ khí): Tiếp nhận nguồn nước thải, sàng lọc
các vật liệu rắn, kích thước lớn (giấy vệ sinh, tóc, ), đất, cát có trong nước
thải;
* Ngăn thứ hai (bể lọc kỵ khí): Loại trừ các chất rắn lơ lửng bằng quá
trình vật lý và sinh học.
* Ngăn thứ ba (bể lọc màng sinh học): Loại trừ BOD, loại trừ nitơ,
phốtpho bằng phương pháp màng sinh học.
* Ngăn thứ tư: Bể trữ nước đã xử lý
Ngăn
phản
Nitrat
hóa
Ngăn
điều
hòa
Ngăn
Nitrat
hóa và
lọc
sinh
học
Nước
thải

JKS cho một gia đình 5 - 10 người vào khoảng 350 đến 500kW/năm phụ
thuộc vào từng loại JKS.
Bã lắng đọng (bùn lắng) trong hệ thống JKS cần phải được hút (ít nhất
1 lần trong 1 năm) và xử lý. Trung bình một hộ gia đình (5 - 10 người, nước
tiêu thụ 250 lít/người/ngày), tổng lượng bã trong 1 năm vào khoảng 58,8 kg
(trọng lượng khô). Xe tải chuyên dụng (trọng tải 2 - 4 tấn) được sử dụng cho
việc hút bã. Bã lắng đọc sau khi được hút vào xe rồi được chuyên chở tới trạm
xử lý bã lắng đọng. Sản phẩm sau quá trình xử lý là chất rắn sinh học được sử
dụng làm khí sinh học, vật liệu composit, sản suất phân bón hoặc xi măng.
Ưu điểm khi sử dụng công nghệ JKS :
- Hệ thống gọn nhẹ, độ bền cao, sử dụng an toàn theo tiêu chuẩn Nhật
Bản.
- Thể tich của hệ thống Johkasou chỉ bằng 70% thể tích của bể tự hoại
cho cho cùng số người sử dụng.
Khóa luận tốt nghiệp Trường ĐHSP Hà Nội 2

Phan Thị Huê 16 K36B - Hóa
- Vị trí lắp đặt: Bên ngoài toà nhà hoặc trong gara xe, được chôn ngầm
dưới đất, không tốn về diện tích.
- Lắp đặt dễ dàng, thời gian lắp đặt ngắn.
- Bùn lắng được thu gom triệt để.
- Nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn Nhật Bản, cao hơn tiêu chuẩn TCVN
6772-2000 và QCVN 14/2008/BTNMT.
- Chi phí xây dựng phù hợp.
1.2.2.4. Công nghệ AAO và MBR
AAO và MBR là công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
kết hợp với quá trình lọc màng để tách sinh khối, cặn lơ lửng. Trong đó:
- AAO là sự kết hợp nhiều quá trình xử lý ô nhiễm hữu cơ bằng vi sinh
vật trong các điều kiện yếm khí(anaerobic), thiếu khí (anoxic) và hiếu
khí (oxic), nhờ đó mà các chất ô nhiễm hữu cơ trong nước thải được xử lý

màng MBR có thể tách các chất rắn lơ
lững, hạt keo, vi khuẩn, một số virus
và các phân tử hữu cơ kích thước lớn.
- Tiết kiệm diện tích.
- Không cần xây dựng bể
lắng.
- Không cần xây dựng bể
khử trùng.
- Chỉ tiêu SS, vi sinh, clo dư
luôn đạt tiêu chuẩn.

2
Nước sau xử lý màng MBR có chất
lượng tốt (SS<5 mg/l), BOD
5
và COD
thấp
- Có thể tái xử dụng nước
thải: Giải nhiệt, tưới cây,
rửa đường, rửa toilet.

3
Thời gian lưu nước trong bể ngắn (2,5
-5 giờ) so với công nghệ bùn hoạt tính
thông thường (> 6 giờ)
- Thể tích bể xây dựng nhỏ.
- Tiết kiệm diện tích. 4