Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thiện chương trình Đại học và thực hiện tốt khóa luận tốt
nghiệp, em đã nhận được sự giúp đỡ, hướng dẫn nhiệt tình của các quý Thầy,
Cô của trường Đại học Sư Phạm Hà Nội 2 và các Thầy, Cô của Viện Hàn
Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Em xin chân thành cảm ơn Thạc sĩ Lê Cao Khải đã giành thời gian và
tâm huyết để hướng dẫn em thực hiện tốt khóa luận tốt nghiệp này.
Đồng thời, em xin cảm ơn đến Ban giám hiệu trường Đại học Sư Phạm
Hà Nội 2 và các Thầy, Cô trong Khoa Hóa Học đã tạo điều kiện tốt nhất để
em học tập và hoàn thiện tốt khóa học.
Em xin cảm ơn các anh, chị, các thầy cô thuộc Viện Công Nghệ Môi
Trường – Viện Hàn Lâm Khoa Học và Công Nghệ Việt Nam đã tạo điều kiện
cho em thực hành tại đây để hoàn thành tốt khóa luận tốt nghiệp này.
Em đã hoàn thành khóa luận tốt nghiệp theo đúng tiến độ của nhà trường
đề ra với cố gắng và sự nhiệt tình của bản thân. Tuy nhiên, do thời gian hạn
hẹp, các vấn đề nghiên cứu rộng và phức tạp, em vẫn không tránh khỏi những
thiếu sót. Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và các bạn
để khóa luận được đầy đủ hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, Ngày 20 tháng 05 năm 2013
Sinh viên thực hiện
Phạm Thị Thanh Hoài

Phạm Thị Thanh Hoài

Lớp K35C - CN Hóa


Hình 8: Ảnh hưởng của COD vào, ra và hiệu suất xử lý COD ở bể thiếu khí
......................................................................................................................... 35
Hình 9: Ảnh hưởng của COD vào, ra và hiệu suất xử lý COD ở bể kỵ khí
......................................................................................................................... 36
Hình 10: Ảnh hưởng của COD vào, ra và hiệu suất xử lý COD ở bể hiếu khí
......................................................................................................................... 37
Hình 11:Ảnh hưởng của COD vào, ra và hiệu suất xử lý COD tổng ............. 38
Hình 12: Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý COD tổng ................ 39

Phạm Thị Thanh Hoài

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
AAO

Thiết bị công nghệ yếm khí, thiếu khí, hiếu khí

BOD

Nhu cầu oxy sinh học

BOD0

Nhu cầu oxy sinh học (ngày đầu tiên)


UASB

Mô hình bể yếm khí

VSV

Vi sinh vật

Phạm Thị Thanh Hoài

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

MỤC LỤC
MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI
SINH HOẠT PHÂN TÁN .........................................................................................3
1.1. Tổng quan về nước thải sinh hoạt phân tán ................................................3
1.1.1. Nguồn phát sinh nước thải sinh hoạt.......................................................3
1.1.2. Các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng của nước thải sinh hoạt phân tán ........3
1.1.2.1. Các chất rắn trong nước thải ...............................................................3
1.1.2.2. Các hợp chất hữu cơ trong nước thải ...................................................4
1.2. Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phân tán ....................5
1.2.1. Các phương pháp được ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt ............5
1.2.2.Một số mô hình công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phân tán ..............8

2.2.3. Nguyên tắc .................................................................................................28
2.2.4. Hóa chất – dụng cụ ...................................................................................29
2.2.5. Cách tiến hành ..........................................................................................30
2.2.6. Tính toán ....................................................................................................31
2.3. Phương pháp thực nghiệm ...........................................................................32
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU .................................................................34
3.1. Đặc trưng của nước thải sinh hoạt trong nghiên cứu.................................34
3.2. Ảnh hưởng của tải lượng COD đến hiệu quả xử lý COD ..........................34
3.2.1. Ảnh hưởng cua tải lượng COD đến hiệu suất xử lý COD ở bể
thiếu khí .......................................................................................................................35
3.2.2. Ảnh hưởng cua tải lượng COD đến hiệu suất xử lý COD ở bể kỵ
khí.................................................................................................................................36
3.2.3. Ảnh hưởng cua tải lượng COD đến hiệu suất xử lý COD ở bể
hiếu khí ........................................................................................................................37
3.2.4. Ảnh hưởng cua tải lượng COD đến hiệu suất xử lý COD tổng..............38
3.3. Ảnh hưởng của dòng tuần hoàn đến hiệu quả xử lý COD .........................39
3.3.1. Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý COD ở bể thiếu
khí.................................................................................................................................39
3.3.2. Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý COD ở bể kỵ khí ........40
3.3.3. Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý COD ở bể hiếu
khí.................................................................................................................................40
3.3.4. Ảnh hưởng dòng tuần hoàn đến hiệu suất xử lý COD tổng ...................41
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...................................................................................42
KẾT LUẬN ............................................................................................................42
KIẾN NGHỊ ...........................................................................................................42
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................43
Phạm Thị Thanh Hoài

Lớp K35C - CN Hóa


thải sinh hoạt có chứa lượng lớn các chất hữu cơ, vô vơ vừa có lợi cũng vừa
có hại đối với môi trường. Nếu chúng ta không có các biện pháp xử lý các
chất có hại đó thì theo thời gian chúng sẽ làm ô nhiễm đến nguồn nước mặt
cũng như nguồn nước ngầm, từ đó mà ảnh hưởng trực tiếp đến đời sống của
con người.
Ở Việt Nam hiện nay, sự phát triển kinh tế đi kèm sự phát triển về mặt
xã hội, nhu cầu về cuộc sống của con người ngày càng được nâng cao. Do đó
mà các khu đô thị và khu dân cư mọc lên ngày càng nhiều kèm theo sự phát
triển của ngành công nghiệp dịch vụ. Nguồn nước thải từ các khu đô thị và
khu du lịch hầu hết đều chưa được xử lý triệt để gây ô nhiễm môi trường. Do
vậy mà việc nghiên cứu các công trình xử ký nước thải sinh hoạt phân tán là
một việc làm cần thiết.

Phạm Thị Thanh Hoài

1

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Các chỉ số để đánh giá nguồn nước thải bao gồm chỉ số oxy hòa tan
DO, nhu cầu oxy sinh học BOD, nhu cầu oxy hóa học COD, tổng lượng chất
rắn hòa tan SS….. Trong đó chỉ số oxy hóa học COD là một chỉ số rất quan
trọng. Trong hóa học môi trường, chỉ tiêu và thử nghiệm nhu cầu oxy hóa
học (COD - viết tắt từ tiếng Anh: chemical oxygen demand) được sử dụng
rộng rãi để đo gián tiếp khối lượng các hợp chất hữu cơ có trong nước. Phần

quá trình sinh hoạt của con người. Một số các hoạt động dịch vụ hoặc công
cộng như bệnh viện, trường học, bếp ăn,.. cũng tạo ra các loại nước thải có
thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt.
Thông thường nước thải sinh hoạt chia làm 2 loại chính : Nước đen và
nước xám
- Nước đen là nước thải từ các nhà vệ sinh, chứa phần lớn các chất ô
nhiễm chủ yếu là các chất hữu cơ, các vi sinh vật gây bệnh và các cặn lơ lửng.
- Nước xám là nước phát sinh từ quá trình tắm, rửa, giặt giũ với thành
phần các chất ô nhiễm không đáng kể.
Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là hàm lượng chất hữu cơ cao (5565% tổng lượng chất bẩn), chứa nhiều vi sinh vật có cả vi sinh vật gây bệnh,
vi khuẩn phân hủy chất hữu cơ cần thiết cho các quá trình chuyển hóa trong
nước thải.
1.1.2. Các chỉ tiêu ô nhiễm đặc trưng trong nước thải sinh hoạt
1.1.2.1. Các chất rắn trong nước thải
Phạm Thị Thanh Hoài

3

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Nước thải là hệ đa phân tán bao gồm nước và các chất bẩn. Các nguyên
tố chủ yếu có trong thành phần của nước thải sinh hoạt là C, H, O, N với công
thức trung bình C12H26O6N.
Các chất bẩn trong nước thải gồm cả vô cơ và hữu cơ, tồn tại dưới dạng
cặn

40

15

125

180

lắng

Chất hòa tan Tổng cộng

Tổng chất rắn là thành phần vật lý đặc trưng của nước thải. Các chất
rắn không hoà tan có hai dạng: chất rắn keo và chất rắn lơ lửng.
Chất rắn lơ lửng (SS) được giữ lại trên giấy lọc kích thước lỗ 1,2
micromet (bao gồm chất rắn lơ lửng lắng được và chất rắn lơ lửng không lắng
được).
1.1.2.2. Các hợp chất hữu cơ trong nước thải
Trong nước thiên nhiên và nước thải tồn tại nhiều tạp chất hữu cơ
nguồn gốc tự nhiên hay nhân tạo: protein, hợp chất hữu cơ chứa nitơ, các loại
phụ gia thực phẩm, chất thải của người và động vật, ...
Các hợp chất hữu cơ có thể tồn tại dưới các dạng hòa tan, keo, không
tan, bay hơi, không bay hơi, dễ phân hủy, khó không hủy,... Phần lớn các chất
Phạm Thị Thanh Hoài

4

Lớp K35C - CN Hóa



5

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

học bao gồm: thiết bị chắn rác, nghiền rác, bể điều hòa, bể lắng, lọc, vớt dầu
mỡ, …
- 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, oxy 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
kỵ 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:
- Tiền xử lý: Có nhiệm vụ loại bỏ ra khỏi nước thải tất cả các vật có
thể gây tắc nghẽn đường ống làm hư hại máy bơm.
+ Loại bỏ vật lơ lửng có kích thước lớn trong nước thải: Gỗ, vỏ, hoa
quả…
+ Loại bỏ cặn nặng như cát, mảnh kim loại, thủy tinh…
+ Loại bỏ phần lớn dầu mỡ.
Trong tiền xử lý có các bước sau:

cao 90 – 99%, ít sử dụng hóa chất, chi phí xử lý thấp hơn so với các phương
pháp khác.
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.

Phạm Thị Thanh Hoài

7

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

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.
1.2.2 Một số mô hình công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phân tán
1.2.2.1 Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại nguồn bằng công nghệ
(JOHKASOU)-JK


phản

hóa và

khử

Nitrat

lọc sinh

trùng

hóa

học

Ngăn chứa bùn
Hình 1. Sơ đồ công nghệ JKS
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động: JKS cải tiến gồm có 5 ngăn (bể)
chính:

Phạm Thị Thanh Hoài

8

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2



Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

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
dùng 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 tích của hệ thống Johkasou chỉ bằng 70% thể tích của bể tự hoại
cho cho cùng số người sử dụng.
- 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.
1.2.2.2. 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

- Phân huỷ sinh học các chất hữu cơ bằng bùn hoạt tính, quá trình nitrat
hóa, khử nitrat và loại bỏ photpho nhờ sự kết hợp giữa các bể yếm khí, thiếu
khí và hiếu khí
- Kỹ thuật tách sinh khối vi khuẩn bằng màng vi lọc (micro-flitration).
Trong bể duy trì hệ bùn sinh trưởng lơ lửng, các phản ứng diễn ra tại đây
giống như các quá trình sinh học thông thường khác, nước sau xử lý được
tách bùn bằng hệ lọc màng với kích thước màng khoảng 0.1 – 0.4 µm. Màng
ở đây còn đóng vai trò như một giá thể cho vi sinh vật dính bám tạo nên các

Phạm Thị Thanh Hoài

11

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

lớp màng vi sinh vật dày, làm tăng bề mặt tiếp xúc pha, tăng cường khả năng
phân hủy sinh học.
Công nghệ AAO và MBR được ứng dụng để xử lý nước thải sinh hoạt
tại các khu đô thị, các nhà hàng, khách sạn… Nước thải đầu ra từ hệ thống
AAO và MBR đạt tiêu chuẩn xả thải của quy chuẩn Việt Nam như:
QCVN 14: 2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải
sinh hoạt, …
Bảng 2. Quy chuẩn kĩ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt
Giới hạn cho phép
TT

3

Chất rắn lơ lửng

Mg/l

50

100

4

Tổng chất rắn hòa tan

Mg/l

500

1000

5

Sunfua (H2S)

Mg/l

1

4



Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

đầu vào, do vậy có thể lược bỏ bể lắng bậc hai và vận hành với nồng độ
MLSS cao hơn. Sơ đồ công nghệ hình 3 và hình 4.
Nước
trước khi

Hệ thống

Bùn hoạt

màng lọc

tính

xử lý

Nước
ra

Bùn thải
Hình 3. Sơ đồ dây chuyền công nghệ với MBR
Khí
Nước thải
Màng lọc
Bể phản ứng sinh học
Kiểu đặt ngập


Hình 5. Sơ đồ công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt Biofilter
Các vật liệu lọc có độ rỗng và diện tích mặt tiếp xúc trong một đơn vị
thể tích là lớn nhất trong điều kiện có thể. Nước đến lớp vật liệu lọc chia
thành các dòng hoặc hạt nhỏ chảy thành lớp mỏng qua khe hở của vật liệu,
đồng thời tiếp xúc với màng sinh học ở trên bề mặt vật liệu và được làm do vi
sinh vật của màng phân huỷ hiếu khí và kỵ khí các chất hữu cơ có trong nước.
Các chất hữu cơ phân huỷ hiếu khí sinh ra CO2 và nước, phân huỷ kỵ khí sinh
ra CH4 và CO2 làm tróc màng ra khỏi vật liệu mang, bị nước cuốn theo. Trên
Phạm Thị Thanh Hoài

14

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

mặt giá mang là vật liệu lọc lại hình thành lớp màng mới. Hiện tượng 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 huỷ kỵ khí cũng như hiếu khí, nước thải
được làm sạch.
- Trong bể lọc sinh học nhỏ giọt, các vi sinh vật sinh trưởng cố định
trên lớp vật liệu lọc. Bể lọc hiện đại bao gồm một lớp vật liệu dễ thấm nước
với vi sinh vật dính kết trên đó. Nước thải đi từ trên xuống ngược dòng khí đi
từ dưới lên. Nước thải được phân bố đều trên bề mặt nguyên liệu lọc theo kiểu
nhỏ giọt hoặc phun tia. Lượng không khí cần thiết cho quá trình được cấp vào
nhờ quá trình thông gió tự nhiên qua bề mặt hở phía trên và hệ thống thu nước

bỏ bớt chất rắn sinh ra trong bể lọc thứ nhất. Bể lọc thứ nhất dùng để khử
BOD của các hợp chất chứa cacbon, bể thứ hai chủ yếu cho quá trình nitrat
hoá.
1.3. Tổng quan về phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt phân tán bằng
phương pháp sinh học
- Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựa trên hoạt động sống
của vi sinh vật, chủ yếu là vi khuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải.
- Cơ chế: Vi sinh vật có trong nước thải sử dụng các hợp chất hữu cơ
và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo ra năng lượng.
Sản phẩm của các quá trình phân hủy này là khí CO2 , H2O, N2, ion
sulfite…
- Mục đích: Khử chất hữu cơ (COD, BOD).
- Ý nghĩa:
+ Chi phí thấp
+ Thân thiện với môi trường
+ Dễ vận hành
- Phân loại

Phạm Thị Thanh Hoài

16

Lớp K35C - CN Hóa


Trường ĐHSP Hà Nội 2

Khóa luận tốt nghiệp

Hình 6 . Sơ đồ phân loại các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt

thấm qua đất như đi qua lọc, trong đất chứa VSV hiếu khí với lượng oxy có
trong các lổ hổng và mao quản của lớp đất mặt.
1.3.1.2. Các phương pháp xử lý sinh học nhân tạo
*) Bể Aerotank
- Là các bể phản ứng sinh học được làm hiếu khí bằng cách thổi khí
nén và khuấy đảo cơ học làm cho VSV tạo thành các hạt bùn hoạt tính lơ lửng
trong khắp pha lỏng.
- Là công trình bê tông cốt thép hình chữ nhật hoặc hình tròn. Nước
thải chảy qua suốt chiều dài bể và được sục khí, khuấy đảo nhằm tăng cường
lượng oxy hòa tan và tăng cường quá trình oxy hóa chất bẩn hữu cơ có trong
nước.
- Nguyên lý làm việc: quá trình oxy hóa gồm 3 giai đoạn

Phạm Thị Thanh Hoài

18

Lớp K35C - CN Hóa