MỤC LỤC
MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 1
CHƯƠNG I..................................................................................................................3
KHÁI NIỆM VÀ CẤU TẠO HỒ SINH HỌC...........................................................3
CHƯƠNG II................................................................................................................. 4
CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ NGUYÊN TẮC XỬ LÝ NƯỚC THẢI CỦA HỒ SINH
HỌC.............................................................................................................................. 4
CHƯƠNG III.............................................................................................................11
PHÂN LOẠI VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC LOẠI HỒ SINH
HỌC............................................................................................................................ 11
CHƯƠNG IV.............................................................................................................. 18
ĐỀ XUẤT VÀ ỨNG DỤNG THỰC TẾ...................................................................18
2.Ứng dụng thực tế của hồ sinh học trong xử lý nước thải........................................21
CHƯƠNG V...............................................................................................................26
KẾT LUẬN VÀ TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................26

MỞ ĐẦU
Việt Nam đang trong thời kỳ đẩy mạnh công nghiệp hoá - hiện đại hoá, phát
triển công nghiệp là mũi nhọn được ưu tiên, kèm theo đó là quá trình đô thị hóa diễn ra
với tốc độ cao. Ở một vài địa phương vấn đề ô nhiễm môi trường đôi khi bị xem nhẹ.
Nghiêm trọng nhất phải kể đến là sự ô nhiễm các thủy vực do việc đổ trực tiếp nước
thải chưa qua xử lý. Nguyên nhân một phần là do không đủ kinh phí để xây dựng các
công trình xử lý nước thải với công nghệ cao và quy mô lớn. Do đó, các công trình xử
lý với mức đầu tư thấp sẽ rất khả thi trong việc ứng dụng. Thực tế xảy ra ở các vùng
nông thôn. Khi mà nhận thức của người dân chưa cao và kinh phí cho việc cải thiện
môi trường hầu như không có. Một giải pháp cho vấn đề này là tận dụng chính những
lợi thế có sẵn ở địa phương để xử lý.
1


Xử lý nước thải bằng các quá trình tự nhiên có lẽ được xem là phương pháp

CHƯƠNG I
KHÁI NIỆM VÀ CẤU TẠO HỒ SINH HỌC
1. Khái niệm hồ
Hồ là một khối nước nằm trong nội địa có kích thước từ nhỏ, trung bình đến
lớn, bề mặt của hồ tiếp xúc với không khí.
Hồ là một trong những hình thức lâu đời nhất để xử lý nước thải bằng phương
pháp sinh học
Hồ sinh học dùng để xử lý những nguồn thải thứ cấp với cơ chế phân hủy các
chất hữu cơ xảy ra một cách tự nhiên.
Các hồ sinh học có thể là các hồ đơn hoặc thường được kết hợp với các
phương pháp xử lý khác
Hồ sinh học là các thuỷ vực tự nhiên hoặc nhân tạo mà tại đó diễn ra quá trình
chuyển hoá những chất bẩn. Quá trình này diễn ra tương tự như quá trình tự làm sạch
trong các hồ tự nhiên với vài trò chủ yếu là các loại vi khuẩn và tảo.
3


Hồ sinh học được ứng dụng rộng rãi hơn cánh đồng lọc và cánh đông tưới. Ưu
điểm lớn nhất của hồ sinh học là chiếm diện tích nhỏ hơn cánh đồng lọc sinh học
2. Cấu tạo hồ sinh học
Cấu tạo: Hồ sinh vật là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, còn
gọi là hồ oxy hóa, hồ ổn định nước thải,… Trong hồ sinh vật diễn ra quá trình oxy
hóa sinh hóa các chất hữu cơ nhờ các loài vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật
khác.
Nguyên tắc hoạt động: Vi sinh vật sử dụng oxy sinh ra từ rêu tảo trong quá
trình quang hợp cũng như oxy hóa từ không khí để oxy hóa các chất hữu cơ, rong tảo
lại tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon sinh ra từ sự phân hủy, oxy hóa các chất
hữu cơ bởi vi sinh vật. Để hồ hoạt động bình thường cần phải giữ giá trị pH và nhiệt
độ tối ưu. Nhiệt độ không được thấp hơn 60 0C. Theo quá trình sinh hóa, người ta chia
hồ sinh vật ra các loại:hồ hiếu khí, hồ kỵ khí và hồ tùy nghi.

công nghiệp hay sinh hoạt phức tạp, trong những điều kiện thời tiết khác nhau.
Các quá trình diễn ra trong ao, hồ sinh học cũng tương tự như quá trình tự làm
sạch ở các sông hồ tự nhiên. Vi sinh vật đóng vai trò chủ yếu trong quá trình xử lý chất
thải hữu cơ.
1.1 . Hệ động thực vật trong hồ sinh học
Hệ động thực vật của hồ sinh học thường có các vi sinh vật: vi sinh vật, nguyên
4


sinh động vật, tảo, rêu, bèo... Các vi sinh vật trong hồ là các vi sinh vật kỵ khí, yếm
khí, hiếu khí hay tuỳ tiện như interobacterium, streptococus, clostridium,
achromobacter, cytophaga, micrococus, pseu-domonas, bacillus, lactobacillus…
Trong hồ sinh học các loại thực vật đóng vai trò quan trọng trong việc ổn định
chất lượng nước. Chúng sử dụng các chất dinh dưỡng (N,P), kim loại nặng (Cu, Cd,
Hg, Zn) để cho sự đồng hoá và phát triển sinh khối. Để tồn tại trong những môi trường
nước khác nhau đồi hỏi mỗi loại vi khuẩn phải có sự tiến hoá, thích nghi rất cao. Tuỳ
theo từng điều kiện cụ thể mà hình thành nên các nhóm thực vật thuỷ sinh và trong các
nhóm thực vật thuỷ sinh này chỉ có một số có những tính chất phù hợp cho việc xử lý
môi trường nước ô nhiễm.
Thực vật thuỷ sinh dùng để xử lý nước thải chia làm ba nhóm lớn:


Nhóm thực vật thuỷ sinh ngập nước:

Đặc điểm quan trọng của nhóm thực vật thuỷ sinh ngập nước là chúng tiến hành
quá trình quang hợp hay trao đổi chất diễn ra hoàn toàn trong lòng nước. Chính vì vậy
nhóm thực vật thuỷ sinh này chỉ có thể phát triển tốt ở một khoảng độ sâu nhất định
của nước và chiều sâu này thường từ 50cm (tính từ bề mặt nước) trở lại vì ở chiều sau
này thì ánh sáng mặt trời có tác dụng tốt nhất. Nhóm thực vật ngập nước này cũng gây
nên những tác hại như làm tăng độ đục của nước, ngăn cản khả năng khuếch tán của

kg chất khô/ha.ngày đêm (Theo O’ Bien 1981). Trong quá trình nghiên cứu bèo trong
hồ sinh học, các nhà khoa học nhận thấy rằng bộ rễ của bèo là nơi cư trú của nhiều loài
vi khuẩn đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển hóa các chất hữu cơ ở tầng bề mặt
nước. Hiệu quả xử lý BOD đạt 95%; khả năng khử N-NH3, P đến 97%. Ngoài bèo
trong hồ sinh học còn có các loại thực vật nổi khác như rau muống, họ sen súng. Đây
đều là loại thực vật có khả năng chuyển hóa vật chất rất cao.


Thực vật nửa ngập nước:

Loại thực vật này có rễ bám vào đất nhưng phần thân và lá phát triển trên bề
mặt nước. Phần rễ bám đất ngập nước, nhận các chất dinh dưỡng có trong đất, chuyển
nó lên lá trên mặt nước để tiến hành quá trình quang hợp. Loài thực vật làm sạch môi
trường chủ yếu phần lắng ở đáy lưu vực nước.

Dưới đây là bảng thống kê một số loại thực vật thủy sinh tiêu biểu:
Nhóm

Thực vật ngập nước

Thực vật trôi nổi

Thực vật nửa ngập nước

Tên thong thường

Tên khoa học

Hydrilla


Cỏ lõi bấc (bulrush)

Scirpus spp

Sậy (reed)

Phramites communis

1.2. Cơ sở khoa học của phương pháp
Các điều kiện của nước thải để áp dụng phương pháp hồ sinh học.
6


Các loại nước thải: Nước thải sinh hoạt, nước thải một số ngành công nghiệp
(thực phẩm, chế biến thủy sản-nông sản, các lò mổ, khu chăn nuôi,... có thể cả công
nghiệp giấy) có những đặc điểm: giàu chất hữu cơ hòa tan như hydratcacbon, protein
và các sản phẩm phân hủy, các hợp chất hữu cơ chứa ni tơ, photpho, các dạng chất
béo... một số thành phần vô cơ như H 2 S , sulfit, amoniac... có thể đưa vào xử lý sinh
học.
Dựa vào khả năng tự làm sạch của nước, chủ yếu là vi sinh vật và các thủy
sinh khác, các chất nhiễm bẩn bị phân hủy thành các chất khí và nước. Như vậy, quá
trình làm sạch không phải thuần nhất là quá trình hiếu khí mà còn có cả quá trình tùy
tiện và kị khí. Các loại ao hồ sinh học có thể áp dụng thích hợp ở nước ta nếu diện tích
mặt bằng và các điều kiện khác cho phép. Các ao hồ có thể làm một bậc hoặc
nhiều bậc xử lý. Chiều sâu của hồ bậc sau thường sâu hơn bậc trước. Thiết bị đưa nước
vào hồ phải có cấu trúc thích hợp để phân phối đều hỗn hợp bùn nước trên toàn bộ
diện tích hồ.
Quá trình xử lý nước thải của hồ sinh học phụ thuộc vào các yếu tố tự nhiên.
Hiện nay chưa có chỉ tiêu thiết kế chung cho hồ sinh học. Hầu hết các hồ sinh học
được thiết kế, xây dựng trên cơ sở kinh nghiệm hoặc nghiên cứu thực nghiệm đối với

khí. Các vi sinh vật này tham gia chuyển hoá chất hữu cơ thành các acid hữu cơ, rượu để
các vi sinh vật khác tiếp tục chuyển hoá thành khí CH 4 , CO2 , H 2 S , NH 3 … Trong đó
NH 3 và CO2 có ý nghĩ giúp rong tảo phát triển mạnh; ngược lại trong quá trình phát

triển của rong tảo tạo ra oxy là yếu tố không thuận lợi cho sự phát triển của vi sinh vật
yếm khí. Tuy nhiên rong tảo chỉ phát triển mạnh ở phần gần ánh sáng mặt trời nên một
phần oxy tạo ra bay vào không khí, một phần được vi sinh vật hiếu khí sử dụng nên sự
ảnh hưởng đến vi sinh vật yếm khí không đáng kể; phần đáy hồ khi rong tảo chết thì xác
của nó là chất dinh dưỡng cho các vi sinh vật đáy hồ phát triển. Như vậy, rong tảo
không chỉ có tác dụng tích cực đến sự chuyển hoá vật chất (quá trình quang hợp) mà còn
tác động tích cực đối với vi sinh vật hiếu khí và vi sinh vật yếm khí.
Như vậy vi sinh vật, tảo, các loại thực vật trong hồ có mối quan hệ thong qua
oxy và các chất dinh dưỡng. Oxy giúp sự phát triển của sinh vật hiếu khí nhưng đồng
thời cũng là yếu tố tiêu diệt các vi sinh vật gây bệnh trong hồ. Lượng oxy cung cấp
cho hồ có sự chênh lệch giữa ngày và đêm; ban đêm lượng oxy không nhiều chỉ tập
trung vùng bề mặt, vào ban đêm thì lượng oxy cao hơn. Điều này chứng tỏ rằng lượng
oxy có trong hồ phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên là do quá trình quang hợp của tảo và
thực vật.
Yếu tố chính đảm bảo quá trình chuyển hoá chất hữu cơ trong hồ sinh học là
oxy và nhiệt độ. Ở tầng nước mặt do có oxy khuếch tán từ không khí và oxy quang
hợp, quá trình oxy hoá chất hữu cơ diễn ra mạnh, thế năng oxy hoá khử trong hồ giảm
dần theo chiều sâu hồ. Ở tầng nước sau, hàm lượng oxy hoà tan giảm tạo điều kiện
yếm khí, vi khuẩn phải sử dụng oxy liên kết từ NO2− , NO3− , SO42− để oxy hoá chất hữu
cơ. Trong lớp cặn đáy, các chất hữu cơ thường phân huỷ bằng cách lên men, sản phẩm
tạo ra là CH 4 , H 2 S …
Theo chiều chuyển động của nước thải, hồ sinh học chia làm ba vùng khác
nhau:

Vùng Polyxaprobe (P): Tại đây diễn ra quá trình phân huỷ chất hữu cơ
dễ bị oxy hoá sinh hoá, lên men cặn lắng nhờ vi khuẩn.

sinh vật khác. Tảo phát triển mạnh trong hồ sẽ cung cấp oxy hoà tan cho các sinh vật
khác phát triển theo làm tăng nhanh quá trình phân huỷ các chất ô nhiễm, chuyển hoá
thành sinh khối. Sinh khối tảo lại là nguồn thức ăn rất tốt cho chăn nuôi và nuôi trồng
thuỷ sản.
Dưới đây là đặc điểm một số dạng của tảo:

10


CHƯƠNG III
PHÂN LOẠI VÀ NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA CÁC
LOẠI HỒ SINH HỌC
Các loại công trình hồ sinh học và nguyên tắc hoạt động
Các dạng hồ sinh học:


Hồ tự nhiên;



Hồ nhân tạo;



Hồ kỵ khí;



Hồ hiếu khí;


- Hồ kỵ khí dùng để lắng và phân hủy cặn lắng và phương pháp sinh hóa tự
nhiên dựa trên cơ sở sống và hoạt động của vi sinh vật kỵ khí.
- Các vi khuẩn kỵ khí phá vỡ các hợp chất hữu cơ trong dòng chảy, giải phóng
khí CH4 và CO2.
- Có khả năng xử lý nước thải chứa hàm lượng hữu cơ cao
- Hồ kỵ khí làm giảm lượng N, P, K và các vi sinh vật gây bệnh bằng cách tạo
ra bùn và giải phóng NH3 vào không khí

12


Hồ kỵ khí
Hiệu quả của hồ kỵ khí được mô tả như sau:
- Chuyển đổi vật chất từ dạng vật liệu hòa tan thành dạng vật chất lắng đọng
như bùn đáy.
- Hòa tan các dạng vật chất hữu cơ khác.
- Phá vỡ quá trình phân hủy sinh học của các vật chất hữu cơ.
- Chứa vật chất không hòa tan và không phân hủy như bùn đáy.
- Chứa vật chất không hấp thụ và ở dạng vô định hình như bùn đáy.
- Cho phép xử lý một phần dòng chảy đi qua.
4. Hồ tùy tiện
Có hai loại hồ tùy tiện:
 Hồ tùy tiện nguyên thủy, tiếp nhận nguồn thải nguyên chất chưa qua
xử lý;
 Hồ tùy tiện thứ cấp, tiếp nhận nguồn thải đã qua xử lý (thường là dòng thải
từ hồ kỵ khí)
Khi quá trình hoàn thành, hồ tùy tiện sẽ đáp ứng:
- Tăng cường xử lý dòng thải vào từ xử lý kỵ khí thông qua việc phân chia,
phân hủy và tiêu hóa các vật chất hữu cơ.
- Xử lý hiếu khí phá vỡ hầu hết các dạng hữu cơ còn lại ở gần bề mặt hồ.

cứng);
- Thực vật nước có mặt trong các hồ sinh học chủ yếu là một số loại tảo, phiêu
sinh thực vật và các thực vật nổi:
14


• Pleustophyte (tăng trưởng trên mặt nước, lá nổi trên bề mặt): Lục bình, cỏ
vịt, rau muống, bèo hoa dâu, bèo tây, bèo nhật bản;
• Heltophyte (rễ nằm ngập trong nước): Lau sậy, cỏ chỉ, Iris, cỏ năng, lác;
• Hydrophytes (ngập trong nước): Elodea, cỏ thi;
• Phiêu sinh thực vật (Phytoplankton): Tảo chlorella, Euglena, Scenedesmus.
Cơ chế hoạt động của hồ sinh học với sự tham gia của thực vật nước như sau:
Vi khuẩn phân hủy các chất hữu cơ tạo thành CO 2 và H2O; acid hữu cơ trong
điều kiện yếm khí;
Tảo sử dụng năng lượng ánh sáng mặt trời, CO 2 và các chất vô cơ trong nước để
tổng hợp nguyên sinh chất, giải phóng oxy;
Oxy cung cấp cho vi khuẩn bổ sung từ nước (không khí, gió xáo động khuấy
trộn nước hồ, nhiệt độ, hàm lượng muối ảnh hưởng đến oxy hòa tan) và oxy nhân tạo;
Hiện tượng lắng cặn cũng xảy ra trong hồ sinh học có tham gia của thực vật
nước.

Hồ sinh học với sự tham gia của thực vật nước
Các vi sinh vật hiện diện trong môi trường nước khác nhau có vai trò hoạt
động khác nhau:
* Vi sinh vật hiếu khí
-

Giống với các loài vi khuẩn hiện diện trong các hệ thống xử lý khác

-

Giúp đẩy nhanh tốc độ phân hủy BOD và lắng đọng ở cuối quá trình  hạn
chế lượng chất rắn lơ lửng thải ra ngoài

* Nhóm vi khuẩn dạng sợi
-

Chỉ xuất hiện trong trường hợp đặc biệt

-

Thường không có ảnh hưởng tiêu cực đến quá trình xử lý nước

* Vi sinh vật kỵ khí
Nhóm vi khuẩn tạo acid
-

Chuyển hóa các sản phẩm protein, lipid, polysaccharide trong điều kiện kỵ
khí thành các alcohol, acid hữu cơ như acetic, propionic, butyric

-

Có khả năng thích nghi tốt đối với điều kiện pH và nhiệt độ khác nhau
Nhóm vi khuẩn tạo methane

-

Chuyển hóa các sản phẩm như acid formic, methanol, methylamine và acid
acetic trong điều kiện kỵ khí thành methane

-

một số hợp chất đơn giản như nitrate, sulfate … để tăng trưởng
16


* Động vật nguyên sinh
-

Có nhiều loài sinh vật bậc cao hơn có thể xuất hiện trong các hồ sinh học
(động vật) như động vật nguyên sinh và động vật không xương sống, như:
rotifers, daphnia, giun đốt, chironomids (ấu trùng muỗi vằn), và ấu
trùng muỗi (thường gọi là zooplankton-thực vật nổi)

* Hồ thực vật
Sự hiện diện và phát triển của các loài vi sinh vật trong hồ thực vật dưới các
điều kiện môi trường khác nhau sẽ rất khác nhau.
Khi tải trọng hữu cơ cao phát triển các loài: phytoplagenllata, Euglena cạnh
tranh với sự phát triển của vi khuẩn như: Pseudomonas, Flavobacterium, Alcaligenes.
Vi khuẩn E. coli chết nhanh do sản phẩm kháng sinh của tảo và các loài vi khuẩn khác.
Đồng thời, xuất hiện các loài cillata giả túc như: colpidium, paramecium, glaucoma,
protozoa, rotifer, sử dụng vi khuẩn làm nguồn thức ăn.
Khi tải trọng hữu cơ thấp, phát triển các loài như Daphnia, Rotozoa.

17


CHƯƠNG IV
ĐỀ XUẤT VÀ ỨNG DỤNG THỰC TẾ
1. Đề xuất dây chuyền công nghệ
Ứng dụng Hồ sinh học trong công nghệ xử lý nước thải công nghiệp dệt nhuộm
công suất Q = 1000 m3/ngày đêm.


Trạm bơm cấp
I

Bùn khô đi
xử lý

Bể phản ứng
fenton
Bể chứa nước
sau fenton

Bể chứa nước
trước fenton
Trường hợp COD và
độ màu cao

Bể keo tụ

Bể lắng sơ
cấp

Bể điều hòa kết
hợp thổi khí sơ
bộ

Chuẩn
bịNaOH
Cấp khí



Mặt bằng công trình XLNT có sử dụng hồ sinh học

Mặt bằng công trình XLNT có sử dụng hồ sinh học
20


2. Ứng dụng thực tế của hồ sinh học trong xử lý nước thải
2.1. Trên thế giới:
Ứng dụng Hồ sinh học trong xử lý nước thải đã được thực hiện ở nhiều nơi trên
thế giới. Tại miền Bắc Thụy Điển, bãi lọc trồng cây ngập nước được sử dụng để xử lý
bổ sung nước thải sau trạm xử lý nước thải đô thị với mục đích chính là khử ni tơ, mặc
dù hiệu quả xử lý tổng photpho và BOD cũng khá cao.
Năm 1991, bãi lọc trồng cây dòng chảy ngầm xử lý nước thải sinh hoạt đầu tiên
đã được xây dựng ở NaUy. Ngày nay, tại những vùng nông thôn ở Na Uy, phương
pháp này đã trở nên phổ biến để xử lý nước thải sinh hoạt nhờ các bãi lọc vận hành
hiệu quả với hiệu suất cao thậm chí cả vào mùa đông và yêu cầu bảo dưỡng thấp. Có
thể xây dựng bãi lọc ở nhiều điều kiện về vị trí. Mô hình quy mô nhỏ được áp dụng ở
Na Uy là hệ thống bao gồm bể tự hoại, tiếp đó là bể lọc sinh học hiếu khí dòng chảy
thẳng đứng và một bãi lọc ngầm trồng cây dòng chảy ngang. Bể lọc sinh học hiếu khí
trước bãi lọc ngầm để loại bỏ BOD và thực hiện quá trình nitrat hóa trong điều kiện
khí hậu lạnh, nơi thực vật ngủ vào mùa đông.
Tại Đan mạch, hướng dẫn chính thức mới gần đây về xử lý tại chỗ nước thải
sinh hoạt đã được Bộ Môi trường Đan mạch công bố, áp dụng bắt buộc đối với các nhà
riêng ở nông thôn. Trong hướng dẫn này người ta đã đưa vào hệ thống bãi lọc ngầm
trồng cây dòng chảy thẳng đứng cho phép đạt hiệu suất loại bỏ BOD tới 95% và nitrat
hóa đạt 90 %. Hệ thống này bao gồm cả quá trình kết tủa hóa học để tách photpho
trong bể phản ứng lắng cho phép loại bỏ 90% photpho.
Hồ Dandora tại Kenya; trạm xử lý nước thải Tây Melbourne Australia;
Chappelle Thouaroult-Brittany, Ginebra-Colombia.


23


a. Xử lý nước thải cho khu chôn lấp rác ở Thanh Hóa

b. Trạm xử lý nước rác tại Hà Khẩu – Quảng Ninh

24


c. Trạm xử lý nước rác Khánh Sơn – Đà Nẵng

25