TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ư PHẠM HÀ NỘI 2

KHOA HÓA HỌC

PHAN THỊ VUI

NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA
TỈ LÊ• COD:T-N ĐẾN HIẼU
SUẤT x ử LÝ
•
COD TRÊN SBAR

KHÓA LUẬN TÓT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Chuyên ngành: H óa Công nghệ - M ôi trường

Người hướng dẫn khoa học
TS. PHAN ĐÕ HÙNG
KS. ĐINH VĂN VIỆN

HÀ NÔ I-2016


LỜI CẢM ƠN

Đe có thể hoàn thành tốt khỏa luận tốt nghiệp, ngoài sự nỗ lực không
ngừng của bản thân, em xin bày tỏ lòng biết on chân thảnh và sâu sắc nhất tới
các thầy cô khoa Hóa học, trường sư phạm Hà Nội 2, đã luôn quan tâm và truyền
đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt thời gian theo học tại trường.
Em xin gửi lời cảm om chân thành và sâu sắc tới TS Phan Đỗ Hùng,
KS Đỉnh Văn Viện, người đã trực tiếp hướng dẫn và tạo mọi điều kiện thuận
lợi nhất cho em ừong suốt thời gian thực hiện khóa luận này.

Bảng 1.2. Định tính nước thải của một số nhà máy bia
Bảng 1.3. Mức độ ô nhiễm nước thải sinh hoạt tính theo khối lượng khô trên
đàu người trong ngày tại điểm xả C(x) và tại cống rãnh C(R)
Bảng 1.4. Đặc trưng ô nhiễm của nước thải sinh hoạt
Bảng 2.1. Thành phần nước thải đầu vào
Bảng 3.1. Tổng hợp ảnh hưởng của tỉ lệ COD:T-N đến hiệu suất xử lý COD
Bảng 3.2. Tổng hợp một số kết quả nghiên cứu


DANH MỤC TỪ VIÉT TẮT

Ký

Tiếng Anh

hỉêu

Tiếng Việt

•

BOD

Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa sinh hóa

COD

Chemical Oxygen Demand


Secquencing Batch Reactor

Công nghệ phản ứng sinh học
theo mẻ

ss

Suspended Solids

Cặn lơ lửng

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

T-N

Tổng nitơ

TOC

Tổng cacbon toàn phần

XLNT

Xử lý nước thải

VK


2.1.2. Mô hình hệ thiết b ị............................................................................... 26
2.2. Nội dung nghiên cứu...............................................................................28
2.3. Phương pháp nghiên cứu...........................................................................28
2.3.1. Phương pháp thu thập tài liệu..............................................................28


2.3.2. Phương pháp phân tích.........................................................................29
2.3.3. Phương pháp tính toán......................................................................... 31
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN cứu ...................................................... 32
3.1. Anh hưởng của tỉ lệ COD: T-N đến hiệu suất xử lý COD...................... 32
3.1.1. Ảnh hưởng của tỉ lệ COD: T-N đến hiệu suất xử lỷ COD................... 32
3.1.2. Tốc độ xử ỉỷ COD của hệ......................................................................33
3.1.3. Giá trị p H trong bể phản ứng...............................................................34
3.2. So sánh kết quả nghiên cứu..................................................................... 35
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NG HỊ........................................................................36
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................37
PHỤ L Ụ C ........................................................................................................39


MỞ ĐẦU

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 nền văn minh hiện nay cíăng không tồn tại được. Từ xưa, con
người đã biết đến vai trò quan trọng của nước; các nhà khoa học cổ đại đã coi
nước là thành phần cơ bản của vật chất và trong quá trình phát triển của xã
hội loài người thì các nền văn minh lớn của nhân loại đều xuất hiện và phát
triển ừên lưu vực của các con sông lớn như: sông Hoàng Hà, sông Nil, sông
Hằng,... Tuy nhiên, cùng với sự phát triển kinh tế và quá trình công nghiệp
hóa, hiện đại hóa, trong những năm gần đây, tình trạng ô nhiễm nước nghiêm

bảo vệ môi trường em chọn thực hiện đề tài: “Nghiên cứu ảnh hưởng của tì
lệ COD:T-N đến hiệu suất xử lý COD trên SBAR”.

Khóa luận tốt nghiệp

2

Phan Thị Vui - K38A


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về nước thải
1.1.1. Nước thải
• Khái niệm
Nước thải là chất lỏng được thải ra sau quá trình sử dụng của con người
và đã bị thay đổi tính chất ban đàu của chúng.
• Phân loại
Thông thường nước thải được phân loại theo nguồn gốc phát sinh ra
chúng. Đó cũng là cơ sở cho việc lựa chọn các biện pháp hoặc công nghệ xử
lý. Theo cách phân loại này, có các loại nước thải dưới đây:
- Nước thải sinh hoạt: là nước thải từ các khu dân cư, khu vực hoạt động
thương mại, công sở, trường học và các cơ sở tương tự khác.
- Nước thải công nghiệp: là nước thải từ các nhà máy đang hoạt động, có
cả nước thải sinh hoạt nhưng ừong đó nước thải công nghiệp là chủ yếu.
- Nước thấm qua: là nước mưa thấm vào hệ thống cống bằng nhiều cách
khác nhau qua các khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành của hố ga hay
hố người.
- Nước thải tự nhiên: nước mưa được xem như nước thải tự nhiên. Ở
những thành phố hiện đại nước thải tự nhiên được thu gom theo một hệ thống

mạnh ở nhiệt độ thích họp.
• Màu sắc
Nước có thể có màu, đặc biệt nước thải thường có màu nâu đen hoặc đỏ
nâu. Màu của nước thường được phân thành hai dạng; màu thực do các chất
hòa tan hoặc dạng hạt keo; màu biểu kiến là màu của các chất lơ lửng trong
nước tạo nên. Trong thực tế người ta xác định màu thực của nước, nghĩa là
sau khi lọc bỏ các chất không tan. Có nhiều phương pháp xác định màu của
nước, nhưng thường dùng ở đây là phương pháp so màu với các dung dịch
chuẩn là clorophantinat coban.
• Độ đục
Độ đục của nước do các hạt lơ lửng, các chất hữu cơ phân hủy hoặc do
giới thủy sinh gây ra. Độ đục làm giảm khả năng truyền ánh sáng ừong nước,

Khóa luận tốt nghiệp

4

Phan Thị Vui - K38A


ảnh hưởng khả năng quang hợp của các sinh vật tự dưỡng trong nước, gây
giảm thẩm mỹ và lảm giảm chất lượng của nước khi sử dụng. Vi sinh vật có
thể bị hấp phụ bởi các hạt rắn lơ lửng sẽ gây khó khăn khi khử khuẩn. Độ đục
càng cao nước nhiễm bẩn càng lớn.
• Mùi vị
Nước sạch là nước không mùi vị. Khi bắt đầu có mùi thì đó là biểu hiện
của hiện tượng ô nhiễm. Trong nước thải mùi rất đa dạng tùy thuộc vào lượng
và đặc điểm của chất gây ô nhiễm.
1.1.2.2. Các chỉ tiêu hóa học và sinh học
• ĐộpH

của chất hữu cơ, các chủng loại vsv, nhiệt độ nguồn nước. Bình thường 70%
nhu cầu oxy được sử dụng trong 5 ngày đầu nên thường phân tích là BOD5,
20% trong 5 ngày tiếp theo, 99% ở ngày thứ 20 và 100% ở ngày thứ 21.
• Chỉ số COD (Nhu cầu oxy hóa học - Chemical oxygen Demand)
Chỉ số COD là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa hóa học các
chất hữu cơ ừong nước thành CO2 và H2O bởi một tác nhân oxi hóa mạnh.
COD biểu thị lượng chất hữu cơ (và cả nhóm vô cơ có tính khử) có trong
nước bị oxy hóa bằng tác nhân hóa học. Chỉ số COD có giá trị cao hơn BOD
vì nó bao gồm cả lượng chất hữu cơ không bị oxy hóa bằng vi sinh vật.Có thể
xác định hàm lượng COD bằng phương pháp trắc quang với lượng dư dung
dịch K2Cr207 là chất oxy hóa mạnh để oxy hóa các chất hữu cơ trong môi
trường axit với xúc tác là Ag2SŨ4.
Hoặc có thể xác định hàm lượng COD bằng phương pháp chuẩn độ.
Theo phương pháp này lượng CĩiOí1' dư được chuẩn bằng dung dịch Feroin.
• Chỉ số vệ sinh (E - Coli)
Trong nước thải đặc biệt là nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện,
nước thải vùng du lịch, dịch vụ, khu chăn nuôi,... nhiễm nhiều vi sinh vật có
sẵn trong phân người và phân xúc vật. Trong đó có thể có nhiều loài vi khuẩn
gây bệnh đặc biệt là bệnh về đường tiêu hóa như tả lị, thương hàn, các vi
khuẩn gây ngộ độc thực phẩm.

Khóa luận tốt nghiệp

6

Phan Thị Vui - K38A


E-coli là vi khuẩn phổ biến trong nước thải, nó có thể sống trong điều
kiện khắc nhiệt của môi trường ngoài cũng như trong phòng thí nghiệm. Chính

Phan Thị Vui - K38A


- Các chất hữu cơ: hợp chất hữu cơ chiếm 70-80% bao gồm cellulose,
protit, acid amin, chất béo, hidrat carbon và các dẫn xuất của chúng, thức ăn
thừa. Các chất vô cơ chiếm 20-30% gồm cát, đất, muối, ure, ammonium,
muối chlorua, SO42 ..
- N và P: khả năng hấp thụ N và p của các loài gia súc, gia cầm rất kém,
nên khi ăn thức ăn có chứa N và p thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và
nước tiểu. Trong nước thải chăn nuôi heo thường chứa hàm lượng N và p rất
cao. Hàm lượng N-tổng = 200-350 mg/1 ừong đó N-NH4+ chiếm khoảng 8090%; P-tổng = 60-100mg/l.
- Sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus
và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh
Bảng 1.1. Chất lượng nước thải điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung
Đơn

Trại

TTNC Lợn Trại lợn Trại Cty

Trại

vị

Đan

Thụy

Tam


pH
BODs

mg/1

1339,4

1080,70

882,3

783,4

1 2 2 1 ,2

1061,40 ± 278

COD

mg/1

3397,6

2224.5

1924,8

1251,6

2824.5


85.6

78,40 ± 21

N tổ n g

mg/1

332,8

280,1

250,9

204,8

275,4

268,80 + 64

(Nguồn: Điều tra đánh giá hiện trạng MT trại chăn nuôi lợn - Viện Chăn nuôi, 2006)

1.1.3.2. Nước thải sản xuất bia
Nước thải công nghệ sản xuất bia bao gồm:
- Nước làm lạnh, nước ngưng, đây là nguồn nước thải ít hoặc gần như
không bị ô nhiễm do khả năng tuần hoàn sử dụng lại.
- Nước thải từ bộ phận nấu - đường hóa, chủ yếu là nước vệ sinh thùng
nấu, bể chứa, sàn nhà,... chứa bã malt, tinh bột, bã hoa, các chất hữu cơ,...


của nhà máy bia không thể thấp hơn 2-3 m3 cho 1000 lít bia sản phẩm. Trung
bình lượng nước thải ở nhà máy bia lớn gấp 10-20 làn lượng bia sản phẩm.

Khóa luận tốt nghiệp

9

Phan Thị Vui - K38A


Rosenwinkel đã đưa ra kết quả phân tích định tính nước thải của một số
nhà máy bia như bảng 1.2:
Bảng 1.2. Định tỉnh nước thải của một sổ nhà máy bia
Thông số

Đơn vị

Nhà máy I

pH

Nhà máy II Nhà máy III

5 ,7 -1 1 ,7

-

-

BODs


mg/1

1 ,4 -9 ,0 9

7,6

-

Chất không tan

mg/1

1 ,5 8 - 1630

-

-

m3/ 1 0 0 0 lít bia

3,2

-

-

kg BOD 5/IOOO lít bia

3,5



trong nước thải sinh hoạt gồm các họp chất như protein chiếm 40 - 50%,
hydrat cacbon (40 - 50%) và các chất béo (5 - 10%).
Ngoài chất hữu cơ nước thải sinh hoạt còn chứa lượng lớn nitơ và photpho,
thành phần nitơ có trong thức ăn của người và động vật nói chung chỉ được cơ
thể hấp thu một phần, phàn còn lại được thải ra dưới dạng chất rắn (phân) và các
chất bài tiết khác (nước tiểu, mồ hôi), họp chất nitơ trong nước thải sinh hoạt là
các họp chất amoniac, protein, peptid, axit amin, amin cũng như các thành phần
khác trong chất thải rắn và lỏng, các họp chất chứa nitơ đặc biệt là protein và
urin ừong nước tiểu bị thuỷ phân rất nhanh tạo thành amoni/amoniac. Nồng độ
họp chất nitơ, photpho trong nước thải sinh hoạt biến động theo lưu lượng
nguồn nước thải: mức độ sử dụng nước của cư dân, mức độ tập trung các dịch
vụ công cộng, thời tiết, khí hậu, tập quán ăn uống sinh hoạt.
Đặc điểm nước thải sinh hoạt đặc trưng của các thành phố ở Mỹ được
thể hiện bảng 1.3:
Bảng 1.3. Mức độ ô nhiễm nước thải sinh hoạt tính theo khối lượng khô trên
đầu người trong ngày tại điểm xả C(x) và tại cổng rãnh C(R)
n -1 1

/V

r
A

Thông sô

m(g/người/ngày) C(x) (mg/1) C(R) (mg/1)

BOD


TKN-N (tống nitơ Kjeldahl)

13,3

6,5

29,3

P-hữu cơ

1,23

10,8

2,7

P-vô cơ

2,05

4,5

T-P

3,28

7,2

(Nguồn Lê Vãn Cát (2007), giáo trình xử lỷ nước thải giàu hợp chất N và p


100 - 350

210

BOD

110-400

210

TOD

8 0 -2 4 0

160

COD

250 -1000

500

T-N

2 0 -8 5

35

n -n h 3

1.2.1. Các phương pháp xử lý nước thải
1.2.1.1. Phương pháp cơ học
Phương pháp cơ học thường được dừng để xử lý sơ bộ nước thải trước
khi xử lý bằng phương pháp hóa học, hóa lý hay sinh học. Trong nước thải
thường có các loại tạp chất rắn có kích cỡ khác nhau bị cuốn theo như rơm cỏ,
mẩu gỗ, bao bì chất dẻo, giấy,... ngoài ra, còn có các loại hạt lơ lửng dạng
huyền phù rất khó lắng. Các công trình xử lý cơ học được áp dụng rộng rãi là:
song/lưới chắn rác, thiết bị nghiền rác, bể điều hoà, khuấy trộn, bể lắng, bể
tuyển nổi. Mỗi công trình được áp dụng đối với từng nhiệm vụ cụ thể.

Khóa luận tốt nghiệp

12

Phan Thị Vui - K38A


• ư u điểm:
- Đơn giản, dễ sử dụng và quản lý.
- Rẻ, các thiết bị dễ kiếm.
- Hiệu suất xử lý sơ bộ của nước ri rác tốt.
• Nhược điểm:
- Chỉ hiệu quả với những chất không tan. [5]
1.2.1.2. Phương pháp hoả lỷ
Bản chất của phương pháp hóa lý là áp dụng các quá trình vật lý và hóa
học để đưa vào nước thải chất phản ứng với các tạp chất bẩn, biến đổi hoá
học, tạo thành các chất khác dưới dạng cặn hoặc các chất hòa tan nhưng
không gây độc hại hoặc gây ô nhiễm môi trường. Giai đoạn xử lý hóa lý có
thể là giai đoạn xử lý độc lập hoặc xử lý cùng các phương pháp cơ học, hóa
học, sinh học trong công nghệ xử lý nước thải hoàn chỉnh.


vsv

vsv, chủ yếu là các VK di dưỡng hoại

sử dụng các chất ô nhiễm làm nguồn dinh

dưỡng để tổng họp năng lượng và xây dựng tế bào trong quá trình tăng
trưởng, nhờ đó nước thải được làm sạch.
• Điều kiện đưa nước thải vào xử lý sinh học
Để quá trình xử lý diễn ra thuận lợi phải đảm bảo những điều kiện sau:
- Hàm lượng các chất độc nhỏ, không chứa hoặc chứa rất ít các kim loại
nặng có thể gây chết hoặc ức chế hoàn toàn hệ vsv trong nước thải.
- Chất hữu cơ có trong nước thải phải là cơ chất dinh dưỡng nguồn
cacbon và năng lượng cho vsv. Các hợp chất hydratcacbon, protein, lipit hòa
tan thường là cơ chất dinh dưỡng rất tốt cho vi sinh vật.
- BOD5 : N : p = 100 : 5 : 1 là tỷ lệ chất dinh dưỡng rất tốt cho v s v .
- Nước thải đưa vào xử lý sinh học có hai thông số đặc trưng là COD và
BOD. Tỷ số của hai thông số này phải là: COD/BOD < 2 hoặc BOD/COD >
0,5 thì có thể đưa vào xử lý sinh học (hiếu khí). Neu COD lớn hơn BOD
nhiều làn, trong đó có xenlulozo, hemixenlulozo, protein, tinh bột chưa tan thì
phải xử lý sinh học kị khí [5].
1.2.2. Cơ sở lý thuyết xử lý chất hữu cơ bằng phương pháp sinh học
Để thực hiện quá trình oxy hóa sinh hóa, các chất hữu cơ hòa tan, cả các
chất keo và phân tán nhỏ trong nước thải cần được di chuyển vào bên trong tế
bào của vi sinh vật. Theo quan điểm hiện đại nhất, quá trình xử lý nước thải
và vi sinh vật hấp thụ các chất bẩn là một quá trình gồm ba giai đoạn:

Khóa luận tốt nghiệp


bào. Nếu tiếp tục tiến hành quá trình oxy hóa thì không đủ chất dinh dưỡng,
quá trình chuyển hóa các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng oxy hóa chất
liệu tế bào (tự oxy hóa):
C5H7N 02 + 5 0 2
NH3 + 0 2

Menvi anhvafl > 5 CQ2 + NIỊ3 + 2H20

Menvi ánhvaâ > NQ2 + o 2+ HN03

Khóa luận tốt nghiệp

15

-AH

(2.3)
(2.4)

Phan Thị Vui - K38A


Tổng lượng oxi tiêu thụ trong 2 phản ứng trên nhiều gấp 2 làn so với 2
phản ứng đàu tiên. Từ các phản ứng trên thấy rõ sự chuyển hóa hóa học là
nguồn năng lượng cần thiết cho các vi sinh vật. [5]
1.3. Một sổ phương pháp sinh học trong xử lý nước thải
Xử lý sinh học với phương pháp cơ bản là xử lý kị khí, hiếu khí và thiếu
khí. Trên cơ sở đó có thể kết hợp thành các nhóm phương pháp xử lý khác
nhau: hiếu khí, thiếu khí, kị khí hoặc kết hợp giữa các phương pháp cho phù
họp. Tùy theo ừạng thái tập họp của các hệ vi sinh vật có thể chia thành: các



trưởng, đặc biệt ở giai đoạn đầu tiên thức ăn dinh dưỡng trong nước thải rất
phong phú, lượng sinh khối trong thời gian này rất ít. Trong giai đoạn này

vsv thích nghi với môi trường, chúng sinh trưởng rất mạnh theo cấp số nhân
vì vậy, lượng tiêu thụ oxi tăng dần.
- Giai đoạn 2: vsv phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxi cũng ở mức
gần như ít thay đổi. Chính giai đoạn này các chất bẩn hữu cơ bị phân hủy
nhiều nhất.
- Giai đoạn 3: Sau một thời gian khá dài tốc độ oxi hóa cầm chừng (hầu
như ít thay đổi) và có chiều hướng giảm, lại thấy tốc độ tiêu thụ oxi tăng lên.
Đây là giai đoạn nitrat hóa muối amoni.
Sau cùng, nhu cầu oxi giảm và cần phải kết thúc quá trinh làm việc của
Aerotank. Lưu ý sau khi oxi hóa được 80-95% BOD ừong nước thải nếu như
không khuấy đảo hoặc thổi khí, bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy, càn phải lấy
cặn bùn ra khỏi nước.

Xả bùn cặn

Xả bùn hoạt tính thừa

Hình 1.1. Sơ đồ làm việc của bể Aerotank truyền thống

Hình 1.2. Bể Aerotank trong thực tể

Khóa luận tốt nghiệp

17



Khóa luận tốt nghiệp

18

Phan Thị Vui - K38A