Xác định các thông số động học sinh học phục vụ các xử lý nước thải của cơ sở sản xuất nước tương Lam Thuật trên mô hình bùn hoạt tính

Xác định các thông số động học sinh học phục vụ các xử lý nước thải của cơ sở sản xuất nước tương Lam Thuật trên mô hình bùn hoạt tính Xác định các thông số động học sinh học phục vụ các xử lý nước thải của cơ sở sản xuất nước tương Lam Thuật trên mô hình bùn hoạt tính luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Ngày nay, chất lượng cuộc sống của con ngườingày càng được nâng cao Do đó, các đòi hỏi vềnhững nhu cầu hằng ngày, ngày càng trở nên khắtkhe, đặc biệt là nhu cầu về ẩm thực Chính vì thế, cácngành công nghiệp chế biến và sản xuất thực phẩmđóng một vai trò rất quan trọng

Chịu ảnh hưởng bởi phong tục tập quán củangười Hoa, nhiều người Việt Nam chúng ta có xu hướngthích thưởng thức các món ăn có sử dụng nước tươngđể làm tăng hương vị đậm đà cho thực phẩm Thêmvào đó, đậu tương là một loại nông sản có năngsuất rất cao và được trồng ở nhiều nơi trong cả nước

Do đó, ngành sản xuất nước tương hiện nay khá pháttriển trong lĩnh vực thực phẩm tại Việt Nam Tuy nhiên,việc sản xuất nước tương đã tạo ra một lượng lớnnước thải có hàm lượng chất ô nhiễm cao gây rakhông ít lo ngại cho cuộc sống của người dân sống xungquanh khu vực nhà máy

Hiện trạng nước thải chứa lượng lớn chất hữu cơcao thải trực tiếp ra hệ thống nước thải chung của cáckhu dân cư không qua xử lý gây ô nhiễm nghiêm trọnglà thực trạng chung của một số các cơ sở sản xuấtnước tương quy mô vừa và nhỏ hiện nay Vì thế, trongkhi hệ thống xử lý nước thải nước tương của một sốnhà máy hoạt động hiệu quả, hệ thống xử lý của

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 1

các cơ sở khác lại chưa đạt được như mong muốn, nhấtlà các cơ sở với quy mô sản xuất vừa và nhỏ

Bên cạnh lý do khoản đầu tư và vận hành hệthống xử lý làm tăng chi phí sản xuất, một trongnhững nguyên nhân khiến hiệu quả xử lý chưa đạtyêu cầu là do thiếu các nghiên cứu cụ thể với loạinước cần xử lý Đó là những nghiên cứu không đòihỏi chi phí cao nhưng lại có ý nghĩa thực tiễn lớn trongviệc nâng cao hiệu quả xử lý của hệ thống xử lýnước thải nước tương Trong quá trình xử lý nước thảinước tương thì giai đoạn xử lý sinh học đóng vai trò thenchốt để loại bỏ các yếu tố ô nhiễm hữu cơ luônhiện diện trong nước thải Trong số các phương phápxử lý sinh học thì xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính làlựa chọn thông dụng nhất đối với các hệ thống xử lýnước thải nước tương do chi phí đâu tư và vận hành hợplý

Trước những vấn đề đặt ra ở trên, đề tài “ Xácđịnh các thông số động học sinh học phục vụ quá trìnhxử lý nước thải của cơ sở sản xuất nước tương LamThuận bằng bùn hoạt tính” được hình thành nhằm cảithiện hiệu quả xử lý của hệ thống xử lý nước thảiđối với các nhà máy đã có hệ thống xử lý , đồngthời có vai trò như một tài liệu tham khảo đối với cácnhà đầu tư , những người thiết kế hệ thống xử lýnước thải nước tương để hệ thống hoạt động hiệuquả sau khi xây dựng

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 2

1.2 MỤC TIÊU – NỘI DUNG – PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

 Xác định các thông số động học sinh học phục vụxử lý nước thải ở ba điều kiện thích nghi, tĩnh vàđộng Từ đó rút ra thông số động học phù hợpnhất cho quá trình xử lý loại nước thải trên bằngphương pháp bùn hoạt tính

1.2.3 Phương pháp nghiên cứu

 Khảo sát thành phần, tính chất nước thải từ quátrình sản xuất nước tương

 Xây dựng và vận hành mô hình thí nghiệm

 Phân tích, đánh giá và xử lý các thông số trongquá trình xử lý nước thải trên mô hình thí nghiệm

1.3 PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu, phân tích và đánh giá hiệu quả xửlý COD trong nước thải sản xuất nước tương trên môitrường nhân tạo bằng phương pháp sinh học hiếu khíứng dụng bùn hoạt tính

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 3

Nghiên cứu thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệmvới mô hình có dung tích 24l.

1.4 Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Sản xuất nước tương đang là một trong những lĩnhvực phát triển của ngành thực phẩm Nên nước thảitrong quá trình sản xuất nước tương cũng ngày mộttăng lên, vì thế việc xác định được các thông sốđộng học tốt nhất cho quá trình xử lý của nước thảicó ý nghĩa rất thực tế Nó có thể là tài liệu nhằmnâng cao hiệu quả xử lý cho các hệ thống xử lýhiện hữu Đồng thời là thông số tham khảo trong quátrình thiết kế hệ thống xử lý nước thải nước tương

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN VỂ NƯỚC THẢI TỪ QUÁ

TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG

Nguyên liệu để sản xuất nước tương là hạt đậu

tương có tên khoa học là Glycine max Merrill Đậu tương là

cây công nghiệp và là cây thực phẩm ngắn ngày cógiá trị dinh dưỡng cao Đậu tương dùng làm thực phẩmcho người và thức ăn cho chăn nuôi

Đồng thời, đậu tương còn là cây cải tạo đất tốtvà là mặt hàng nông sản xuất khẩu quan trọng đemlại lợi nhuận cao Chính vì vậy, cây đậu tương đang là

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 4

một trong 10 chương trình ưu tiên phát triển của nước ta( TS.VS.Trần Đình Long – Viện Khoa Học Kỹ Thuật NôngNghiệp Việt Nam).

Từ năm 1990 trở lại đây diện tích canh tác, năngsuất, sản lượng đậu tương đã không ngừng tăng lên.Cũng theo TS.VS Trần Đình Long – Viện Khoa Học KỹThuật Nông Nghiệp Việt Nam, diện tích trồng tăng11,2%, năng suất tăng 48,6% và sản lượng tăng 63,9%.Cũng từ đó, các cơ sở sản xuất nước tương ra đờingày càng nhiều và phát triển ngày càng rộng vớinhiều thương hiệu nổi tiếng

Nước tương hay còn gọi là xì dầu đang được sử dụngrộng rãi ở Đông Nam Á Riêng ở Việt Nam, lượngnước tương tiêu thụ hằng tháng ngày càng tăng bởikhông chỉ vì hương vị đậm đà thơm ngon của nó màcòn vì khả năng khắc phục những hư tổn tế bào ởngười của nước tương

Người ta phát hiện nước tương – được làm từ đậutương lên men – có khả năng chống ôxy hóa mạnh gấpkhoảng 10 lần rượu vang đỏ và 150 lần so với vitamin C

“ Thứ nước chấm này còn thể hiện tiềm năngtrong việc làm chậm tốc độ phát triển các căn bệnhtim mạch và suy thoái thần kinh”, trưởng nhóm nghiêncứu Barry Halliwell cho biết

Nghiên cứu của Đại Học Quốc Gia Singapore cũng tìmthấy nước tương cải thiện tới 50% lưu lượng máu chỉtrong vài giờ sau khi sử dụng

Có thể thấy rằng nhu cầu tiêu thụ nước tươngngày càng tăng Tại thành phố Hồ Chí Minh hiện nay

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 5

có khoảng 50 cơ sở sản xuất và phân phối nước tươngvới chất lượng được phân thành nhiều loại Trên cảnước hiện nay có khoảng trên 70 nhà máy sản xuấtnước tương có quy mô tương đối lớn và rất nhiều cơsở sản xuất nước tương vừa và nhỏ khác.

2.1 HIỆN TRẠNG SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG TẠI VIỆT NAM

2.1.1 Quy trình sản xuất nước tương

2.1.1.1 Sản xuất nước tương theo phương pháp hóa giải (hình 2.1)

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 6

Bánh dầu

Xử lý nguyên

liệu

Acid, nước

Trung hòa

Phân giải

Lọc thô

Thanh

Lắng trong

Pha chế

Đóng gói

Thành phẩm

Soda

Bánh dầu là đậu tương bị ép hết dầu và viênthành từng bánh với hàm lượng protein đạt từ 40% trởlên.

Nước tương sản xuất theo quy trình này sẽ tạo rathành phẩm nhanh hơn, nhờ sử dụng acid để phân giảitinh bột và protein Nhưng đồng thời quy trình này cũng sinh

ra chất độc 3 – MCPD như 1 sản phẩm phụ gây ảnh hưởng

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 7

đến sức khỏe của người tiêu dùng Vì vậy, các nhàmáy sản xuất nước tương ở nước ta hiện nay đã dầnchuyển sang sản xuất nước tương bằng phương pháp lênmen truyền thống nhưng cũng có kết hợp hóa giải.

2.1.1.2 Sản xuất nước tương bằng lên men kết hợp với hóa giải bằng axit (Hình 2.2)

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 8

Khô đậu nghiềng nhỏRang

Điều chỉnh pH

Nuôi mốcNgâm

Trung hòa, lọc

Thủy phân 2

Trộn mốc

Làm nguội

Thủy phân 1

Mốc giống A.oryzae

Nước nóng

600C

Thanh trùng, điều vị

cơ

Nước nóng

600C

2.1.1.3 Thuyết minh quy trình

Nếu ta chỉ sản xuất nước tương bằng phương pháplên men truyền thống thì sẽ gặp nhiều khó khăn như thờigian sản xuất ra sản phẩm chậm, và nước tương cũngkhông có mùi thơm và hương vị đặc trưng Nhưng nếu tasử dụng phương pháp hóa giải thì có được các yêu cầuđó Vì vậy, phương pháp này là sự kết hợp hoàn hảo đểnhà máy sản xuất nước tương đáp ứng được yêu cầucủa khách hàng

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 9

Trong qui trình sản xuất nước tương theo phương pháplên men kết hợp hóa giải bằng axit sulfuric gồm có cácgiai đoạn chính:

 Xử lý nguyên liệu : công đoạn xử lý nguyên liệucó 3 bước chính

 Xay nhỏ : nhằm tăng khả năng xúc tác củaenzyme thủy phân

 Phối liệu và trộn nước : trộn thêm 10% bộtbắp hoặc bột mì, thêm 60 – 70 % nước so vớilượng bột trên

 Hấp chín : nhằm tiêu diệt vi sinh vật và giúpnấm mốc phát triển tốt hơn

 Nuôi nấm mốc : trong khi nuôi nấm cần lưu ý cácyếu tố

Nhiệt độ từ 28 – 320 C; độ ẩm từ 85 – 90% và phảithoáng khí

 Thủy phân: lượng axit sulfuric sử dụng là 5% dungdịch HCl , thời gian thủy phân là 24h tại nhiệt độ

97 ± 30C

 Thanh trùng sản phẩm : có thể tiến hành bằnghai cách : đun trực tiếp hoặc dùng hơi nước từ nồihơi Nhiệt độ thanh trùng từ 60 – 700 C

2.1.1.4 Giới thiệu về cơ sở sản xuất nước tương Lam Thuận

Địa chỉ: 295/14/6 Kinh Dương Vương, phường An Lạc,quận Bình Tân

Quy mô sản xuất khoảng 1,2 triệu chai/ năm

Số lượng công nhân là 40 người

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 10

2.1.2 Những vấn đề môi trường trong sản xuất nước tương

2.1.2.1 Môi trường không khí

Do thời gian trước đây, khi còn sản xuất nước tươngtheo phương pháp hóa giải, dùng acid để phân giảibánh dầu chiết xuất dịch tương, cùng với việc chưa cócông nghệ xử lý khí thải hoàn chỉnh đã dẫn đếnmột lượng hơi acid thừa thoát vào không khí làm chomôi trường tại các nhà máy sản xuất và chế biếnnước tương bị ô nhiễm nặng nề, ảnh hưởng trực tiếpđến sức khỏe người lao động

Hơi acid thừa có tác hại đến đường hô hấp vàniêm mạc mắt hít phải hơi acid có thể bị nhiễm độcgây co thắt thanh quản, nặng hơn là viêm phế quản,đặc biệt về lâu dài có thể bị phù phổi Triệu chứngthường thấy ở người làm việc trong môi trường acid tạicác cơ sở sản xuất nước tương là ho

Tuy gần đây, các cơ sở sản xuất đã chuyển sangsản xuất sạch hơn với phương pháp lên men Nhưng môitrường không khí vẫn chưa được cải thiện

2.1.2.2 Chất thải rắn

Chất thải rắn từ quá trình sản xuất nước tươngchủ yếu là bả thải Bã chính là bánh đậu đã quaphân giải chỉ còn lại xác đậu

Bên cạnh đó, nguồn phát sinh chất thải rắn doquá trình sản xuất nước tương còn tập trung ở giai đoạnđóng gói Rác chủ yếu là các loại bao bì, nilon, carton…

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 11

Ngoài ra, rác thải sinh hoạt cũng góp phần đáng kểgây ô nhiễm.

Lượng chất thải rắn trong quá trình sản xuất nướctương hiện nay đang trở thành vấn nạn của các nhàsản xuất cũng như nhà quản lý môi trường bởi vì tínhchất gây ô nhiễm cao và khó xử lý của nó Chính vìthế, cần xúc tiến tìm ra biện pháp thu gom và xử lýthích hợp để loại bỏ những mầm bệnh, giữ cho môitrường trong sạch

2.1.2.3 Môi trường nước

Hầu hết các nhà máy, cơ sở sản xuất nước tươngnói riêng và nước chấm nói chung đều gây ô nhiễmmôi trường nước bởi bởi nước thải của quá trình sảnxuất

Hiện tượng nước thải chứa lượng hợp chất hữu cơcao được thải trực tiếp ra hệ thống nước thải chung củakhu dân cư hoặc trực tiếp vào các thủy vực gây ônhiễm nghiêm trọng là thực trạng chung của các nhàmáy sản xuất nước tương

Bên cạnh đó, nước thải của các quá trình sảnxuất này cũng tác động trực tiếp đến môi trường bởiyếu tố tạo mùi của nó

Cho đến nay ở hầu hết các nhà máy, cơ sở sảnxuất nước tương vừa và nhỏ chưa có hệ thống xử lýnước thải hoàn chỉnh, nếu có cũng chỉ là xơ sài vàkhông đạt tiêu chuẩn

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 12

2.2 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI TỪ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT NƯỚC TƯƠNG

2.2.1 Thành phần

Cũng giống như các ngành chế biến thực phẩmkhác, nước thải của các nhà máy sản xuất nướctương chứa nhiều hợp chất hữu cơ dễ phân hủy chủyếu là các hydratecarbon, protein, cellulose và lipit Muốilà nguyên liệu quan trọng trong sản xuất nước tương vìnó điều chỉnh vị và bảo quản sản phẩm

Ngoài ra, trong nước thải của các nhà máy sảnxuất nước tương còn chứa một lượng các hóa chất đểxúc rửa chai và vệ sinh thiết bị có dính các loại dầumỡ trong quá trình bảo trì máy móc

2.2.2 Tính chất

Nước thải sản xuất nước tương có một số tính chấtđặc trưng như sau

Bảng 2.1.Tính chất chung của nước thải sản xuất nước tương

Matsushita Environment Airconditioning Eng Co., Ltd.

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 13

Dựa vào bảng tính chất chung của nước thải sản xuất nước tương cho ta thấy nước thải ra đã vượt mức chỉ tiêu cho phép khá cao, và trong thành phần của nước thải có chứa chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học cũng như các chất dinh dưỡng cho vi sinh vật sử dụng Môi trường nước thải có tính axit nhưng không cao, vi sinhvật có thể hoạt động.

CHƯƠNG 3: TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC NÓI CHUNG VÀ

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ BẰNG BÙN HOẠT TÍNH NÓI RIÊNG 3.1.TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI

3.1.1.Khái niệm nước thải

Nước thải là nước đã dùng trong sinh hoạt, sảnxuất hoặc chảy tràn qua các vùng đất ô nhiễm Phụthuộc vào điều kiện hình thành, nước thải được chialàm 3 loại :

 Nước thải sinh hoạt

 Nước thải công nghiệp

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 14

 Nước mưa tràn qua vùng đất ô nhiễm

Ngày nay, dân số gia tăng quá trình công nghiệphóa và đô thị hóa ngày càng mạnh mẽ, dẫn đến nhucầu sử dụng nước rất lớn Trong khi nguồn tài nguyênnước lại không tăng lên, điều này làm suy giảmnghiêm trọng cả về chất và lượng của nước

3.1.1.1 Nước thải sinh hoạt

Là nước thải ra từ các hoạt động sống hằng ngàycủa con người như : nước tắm, giặt, hồ bơi, nhà ăn,nhà vệ sinh, nước rửa sàn nhà… Chúng chứa khoảng58% chất hữu cơ và 42% chất khoáng Đặc điểm cơbản của nước thải sinh hoạt là hàm lượng các chấthữu cơ không bền sinh học cao như hydratcacbon, protein,mỡ ; chất dinh dưỡng như photphat, nitơ ; vi trùng ; chấtrắn và mùi

Nước thải sinh hoạt phát sin từ các hộ dân cư, cólưu lượng nhỏ, nhưng bố trí trên địa bàn rất rộng, khóthu gom triệt để xếp vào loại nguồn phân tán

3.1.1.2.Nước mưa chảy tràn qua các vùng đất

ô nhiễm

Được hình thành do mưa và chảy ra từ đồng ruộng.Chúng bị ô nhiễm bởi các chất vô cơ và hữu cơ khácnhau Nước trôi qua khu vực dân cư, khu sản xuất côngnghiệp, có thể cuốn theo chất rắn, dầu mỡ, hóachất, vi trùng … Còn nước chảy ra từ đồng ruộng mangtheo chất rắn , thuốc sát trùng, phân bón …

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 15

Nước mưa chảy qua các khu rừng mang theo cácchất hữu cơ động thực vật, chất rắn lơ lửng do xóimòn đất… Các loại nước thải này theo tính chất phátsinh như trên cũng thuộc loại nguồn phân tán.

3.1.1.3.Nước thải công nghiệp

Xuất hiện khi khai thác và chế biến các nguyên liệuhữu cơ và vô cơ Các nguồn nước thải bao gồm :

 Nước hình thành do phản ứng hóa học

 Nước ở dạng ẩm tự do và liên kết trong nguyênliệu và chất ban đầu, được tách ra trong quá trìnhchế biến

 Nước rửa nguyên liệu, sản phẩm , thiết bị

 Dung dịch nước cái

 Nước chiết, nước hấp thụ

 Nước làm nguội

 Các loại nước khác : nước bơm chân không từthiết bị ngưng tụ hòa trộn, hệ thống thu hồi troướt, nước rửa bao bì, nhà xưởng, máy móc…

Nước thải công nghiệp thường có lưu lượng lớn vànồng độ các chất ô nhiễm cao được thoát ra từ cáccông của nhà máy hoặc khu công nghiệp, nên đượcxếp vào loại nguồn điểm

3.1.2.Tính chất của nước thải

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 16

Nước thải chứa rất nhiều loại hợp chất khác nhau, vớisố lượng và nồng độ cũng thay đổi rất khác nhau.Cóthể phân loại tính chất nước thải như sau :

3.1.2.1.Tính chất vật lý 

Tính chất vật lý của nước thải được xác định dựatrên các chỉ tiêu : các chất rắn, độ đục, màu sắc,mùi vị, nhiệt độ và lưu lượng

 Các chất rắn bao gồm các dạng sau :

 Các chất rắn hữu cơ : bao gồm C, H, O, N vàcó thể được chuyển thành CO2 và H2O khicháy ở 5500

.

 Chất rắn vô cơ : phần còn lại sau khi đốtcháy hoàn toàn cặn, thu được trên giấy lọc

 Chất rắn lơ lửng : loại chất rắn này thường

bị giữ lại bởi các bể lọc đệm với vật liệu xơvà có thể được phân loại nhỏ hơn : tổng cácchất rắn lơ lửng ( TSS) , các chất rắn lơ lửngdễ bay hơi ( VSS) và chất rắn lơ lửng cố định

 Các chất rắn tan : loại chất rắn này sẽ đi quađược các bể lọc và cũng được phân loạithành : tổng hàm lượng các chất rắn tan được(TDS), các chất rắn tan dễ bay hơi và cácchất rắn tan cố định

 Màu : đây là một trong những thông số để xácđịnh chất lượng nước Nước sạch thường không cómàu, nước thải mới có màu hơi nâu sáng, tuynhiên nhìn chung màu nước thải thường là màunâu xám có vẩn đục Màu sắc của nước thải sẽ

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 17

bị thay đổi đáng kể nếu như nó bị nhiễm khuẩn,khi đó nước thải sẽ có màu đen tối.

 Độ đục : một trong những đặc điểm dễ nhận biếtvề sự ô nhiễm của nước, đó chính là độ trongcủa nước, được xác định thông qua độ đục Độđục của nước có được là do sự tồn tại các chất lơlửng trong nước, như tảo, các vi sinh vật, đất sét,bọt xà phòng, các chất tẩy rửa… Phương phápthường sử dụng để đo độ đục trong xử lý nướcthải là phương pháp UV – Vis

 Mùi : mùi có được là do khí sinh ra từ quá trìnhphân hủy các chất hữu cơ hay một số chất đượcđưa thêm vào trong nước thải Nước thải sinh hoạtthông thường có mùi mốc, nhưng nếu nước thải

bị nhiễm khuẩn thì nó sẽ chuyển sang mùi trứngthối do sự tạo thành H2S trong nước

3.1.2.2 Tính chất hóa học

Các hợp chất hữu cơ 

 Protein : là hợp chất hữu cơ chứa nitơ với khối

lượng phân tử lớn Khi protein hiện diện trong nướcthải với số lượng lớn, quá trình phân hủy các visinh vật trong nước thải sẽ xảy ra mạnh mẽ vàgây ra mùi khó chịu Trong suốt quá trình phânhủy này, protein bị thủy phân thành amino axit, vàsau đó là amoni, H2S và cuối cùng là các hợpchất hữu cơ đơn giản hơn

 Dầu và mỡ : không tan trong nước nhưng lại bị

hòa tan trong các dun môi khác như dầu hỏa,cloroform và ete Chúng là một trong những chất

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 18

hữu cơ ổn định nhất và không dễ bị phân hủybởi các vi sinh vật.

 Cacbonhydrat : Chúng gồm các chất hữu cơ như :

tinh bột, xenlulo, đường và chất xơ, với thành phầnchính là C, H và O Sản phẩm cuối cùng của quátrình phân hủy cacbohydrat trong điều kiện khôngcó oxy là các axit hữu cơ, rượu và các chất khí( CO2, H2S,…)

 Các chất tẩy rửa :ít tan trong nước và có thể

gây hiện tượng nổi bọt trong các nhà máy xử lýnước thải

Các hợp chất vô cơ 

 Độ pH : được xác định thông qua nồng độ H+ Tínhaxit của nước là một trong những nguyên nhângây nhiễm bẩn môi trường nước, do các trầmtích thường giải phóng độc chất trong môi trườngaxit

 Độ kiềm : đặc trưng cho khả năng trung hòa axit.

Độ kiềm thực chất là môi trường đệm ( để giữ

pH trung tính) của nước thải trong suốt quá trìnhxử lý sinh hóa

 Clo : Clo tồn tại trong nước và nước thải chủ yếu

ở dạng ion Cl- Nồng độ clo trong nước thải thườngcao hơn trong nước nguyên chất

 Nitơ : nitơ thường tồn tại ở các dạng : N hữu cơ, N

– NH3, N – NO2, N – NO3 Sự hiện diện của nitơ trongnước thải là cần thiết để đánh giá hiệu quảxử lý nước thải bằng quá trình sinh học

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 19

 Photpho : là chất dinh dưỡng cần thiết cho tất

cả các tế bào sống và là thành phần tự nhiêncủa nước thải

 Lưu huỳnh : là nguyên tố cần thiết cho quá trình

tổng hợp protein Sunfat bị biến đổi sinh học thànhsunfit, sau đó có thể kết hợp với hydro tạo thành

H2S, là độc chất đối với động thực vật

 Các hợp chất gây độc : các chất này độc

đối với hệ vi sinh vật và ảnh hưởng đến quátrình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học

 Các kim loại nặng : chủ yếu được tìm thấy trong

nước thải công nghiệp, và chúng cũng có ảnhhưởng không tốt cho quá trình xử lý nước thảibằng phương pháp sinh học

3.1.2.3.Tính chất sinh học 

Nói đến tính chất sinh học trong nước thải là đềcập đến các loài sinh vật hiện diện trong nước thải,bởi vì chính sự vắng mặt, có mặt hay phát triển quámức của chúng sẽ chỉ ra được nguồn nước ở tìnhtrạng như thế nào, có bị nhiễm bẩn hay không Cácthành phần sinh học chính bao gồm :

 Các động vật nước

 Các thực vật nước

 Động vật nguyên sinh, vi khuẩn, virut…

3.2 TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH HỌC

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học dựatrên hoạt động sống của vi sinh vật, chủ yếu là vikhuẩn dị dưỡng hoại sinh có trong nước thải Quá trình

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 20

hoạt động của chúng cho kết quả là các chất hữu cơgây nhiễm bẩn được khoáng hóa và trở thành nhữngchất vô cơ, các chất khí đơn giản và nước.

Cho đến nay, người ta xác định được rằng, các vi sinhvật có thể phân hủy được tất cả các chất hữu cơ cótrong thiên nhiên và nhiều hợp chất hữu cơ tổng hợpnhân tạo Mức độ phân hủy và thời gian phân hủyphụ thuộc trước hết vào cấu tạo các chất hữu cơ, độhòa tan trong nước và hàng loạt các yếu tố ảnhhưởng khác

Vi sinh vật có trong nước thải sử dụng các hợp chấthữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡngvà tạo ra năng lượng Quá trình dinh dưỡng làm chochúng sinh sản, phát triển tăng số lượng tế bào( tăng sinh khối ), đồng thời làm sạch ( có thể là gầnhoàn toàn ) các chất hữu cơ hòa tan hoặc các hạt keophân tán nhỏ Do vậy, trong xử lý sinh học, người taphải loại bỏ các tạp chất phân tán thô ra khỏi nướcthải trong giai đoạn xử lý sơ bộ Đối với các tạp chấtvô cơ có trong nước thải thì phương pháp xử lý sinh họccó thể khử các chất sunfit, muối amon, nitrat … cácchất chưa bị oxy hóa hoàn toàn Sản phẩm của cácquá trình phân hủy này là khí CO2, nước, khí N2, ionsulfat…

3.2.1 Phương pháp sinh học xử lý nước thải trong điều kiện tự nhiên

Phương pháp này dựa trên khả năng làm sạch sinhhọc trong môi trường đất và hồ nước

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 21

Dựa trên nguyên tắc đó, người ta chia nhóm cácphương pháp sinh học xử lý nước thải ra những phươngpháp xủ lý như sau :

3.2.1.1.Phương pháp đồng tưới cộng đồng, đồng tưới nông nghiệp và đồng lọc

Người ta sử dụng đồng tưới cộng đồng như mộtbiện pháp tổ hợp các quá trình làm sạch Ở đây sẽxảy ra hàng loạt các quá trình háo học, vật lý và sinhhọc rất phức tạp

Việc sử dụng đồng tưới sinh học bao gồm hai mục đíchchính như sau :

 Xử lý và làm sạch nước thải

 Tận dụng các chất dinh dưỡng có trong nước thảiđể trồng trọt

Tuy nhiên, cũng cần phải hiểu rằng, không phảitất cả các loại nước thải nào cũng có thể sử dụngphương pháp này được Vì rằng nhiều loại nước thảichứa rất nhiều vi sinh vật gây bệnh đặc biệt là chứanhiều kim loại nặng hay các chất độc nguy hiểm Nhữngloại nước thải thuộc loại này không thể xử lý theophương pháp đồng lọc này được mà phải áp dụngnhững phương pháp rất đặc biệt để loại trừ chúng rakhỏi nước thải Nếu sử dụng phương pháp đồng tướicông cộng mà không tính đến ảnh hưởng độc hại củanước thải sẽ gây ra những tác hại rất nghiêm trọngcho sức khỏe cộng đồng dân chúng xung quanh vùngxử lý

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 22

Phương pháp đồng tưới công cộng thích hợp để xửlý nước thải sinh hoạt hay nước thải công nghiệp chứanhiều chất hữu cơ, không chứa vi sinh vật gây bệnhvà kim loại nặng.

3.2.1.2.Hồ sinh học

Hồ sinh học là hồ chứa nước thải được thiết kế saocho các quá trình tự làm sạch tự nhiên phát huy tối đakhả năng hoạt động của chúng Hồ sinh học được ápdụng rộng rãi hơn đồng lọc và đồng tưới Ưu điểm lớnnhất của hồ sinh học là chúng chiếm diện tích nhỏ hơnđồng lọc sinh học Ngoài những lợi ích trên , hồ sinh họccòn có tác dụng hữu ích sau:

 Nuôi trồng thủy sản như nuôi tảo để làm thựcphẩm gia súc hay thức ăn cho cá ( cá chép, cárô phi)

 Cung cấp nước cho trồng trọt

 Điều hòa dòng chảy trong mùa mưa và hệ thốngthoát nước ở đô thị

 Không đòi hỏi chi phí cao

 Bảo trì, điều hành đơn giản

3.2.2.Phương pháp sinh học xử lý nước thải trong điều kiện nhân tạo

Các phương pháp sinh học xử lý nước trong điềukiện tự nhiên có nhiều nhược điểm như:

Quá trình xử lý hay quá trình hoạt động của sinhvật trong nước cần xử lý không được kiểm soát chặtchẽ

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 23

Hiệu suất xử lý theo phương pháp này thườngkhông cao do sự không ổn định về số lượng và số loàiVSV tự nhiên có trong nước thải.

Các yếu tố khác như nhiệt độ, pH cũng khôngđồng nhất trong quá trình xử lý

Trong khi đó, phương pháp sinh học xử lý nước trongđiều kiện nhân tạo có những ưu điểm :

Toàn bộ quá trình sinh học xảy ra trong thiết bị kín,

do đó ta hoàn toàn có thể kiểm soát được lượng khíthải sinh ra

Chất lượng nước sau xử lý đảm bảo theo các tiêuchuẩn hiện hành và hoàn toàn ổn định

3.2.2.1.Phương pháp kỵ khí

Quá trình phân hủy các chất hữu cơ trong điềukiện kỵ khí do quần thể vi sinh vật hoạt động không cầnsự có mặt của oxy không khí, sản phẩm cuối cùng làhỗn hợp khí có CH4, CO2, N2, H2,… trong đó có tới 65% là

CH4( khí metan) Vì vậy, quá trình này cũng có thể gọilà quá trình lên men metan và quần thể vi sinh vật đượcgọi tên chung là các vi sinh vật metan

Các vi sinh vật kỵ khí sử dụng một phần chất hữu cơtrong nước thải hoặc môi trường để xây dựng tế bào,tăng sinh khối Người ta đã tính toán lượng chất hữu cơdùng cho mục đích này chỉ khoảng 10% so với tổng sốcác chất hữu cơ Do vậy, lượng bùn hoạt tính hình thànhtrong phân hủy kỵ khí là rất thấp

Người ta áp dụng phương pháp xử lý kỵ khí để xửlý các loại bã cặn chất thải công nghiệp, sinh hoạt

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 24

cũng như các loại nước thải đậm đặc có hàm lượngchất bẩn hữu cơ cao : BOD đến 10 – 30 (g/l)

Một số công trình xử lý sinh học kỵ khí điển hình:

 Bể tự hoại: Được xây dựng bằng các cấu kiện

betông đúc sẵn, gạch đá…một ngăn hay nhiềungăn với chức năng : lắng và lên men cặn lắng,thường dùng cho các hộ gia đình Bể tự hoại cũngđược sử dụng trong xử lý cặn bùn của hệ thốngxử lý nước thải chế biến thủy sản, với thời gianlưu bùn từ 1 – 2 tháng, bùn được nâng nhiệt đến

350C và đáy bể có ván tháo cặn Quá trình phânhủy bùn cặn được tăng cường khi bùn được khuấytrộn

 Bể lắng 2 vỏ: Được xây bằng gạch hoặc

bêtông cốt thép hình tròn hay chữ nhật, có đáyhình nón hay hình chóp cụt để chứa và phân hủybùn cặn Bể lắng 2 vỏ có chức năng tương tự nhưbể tự hoại, nhưng có công suất lớn hơn Phía trênbể là các máng lắng đóng vai trò như bể lắngngang Nước chuyển động chậm qua máng lắng.Bùn lắng theo khe trượt xuống ngăn lên men, phânhủy và ổn định bùn cặn Bể lắng 2 vỏ được sửdụng cho các công trình xử lý nước thải sinh hoạtcó công suất nhỏ và trung bình (Q < 10000m3/ngàyđêm) Bùn cặn lưu tron bể từ 1 – 6 tháng Hiệusuất lắng từ 55 – 60 % Tất cả các trạm xử lýnước thải và công nghiệp đều có thể sử dụngcông trình này

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 25

 Bể metan: được xây bằng bêtông cốt thép hình

trụ, đáy và nắp hình nón Bể được sử dụng đểphân hủy cặn lắng từ bể lắng I & II cũng như bùnhoạt tính dư của trạm xử lý nước thải Ngoài ra,bể còn được dùng để phân hủy rác nghiền, phếthải rắn hữu cơ Các trạm xử lý nước thải đềucó thể sử dụng công trình này

 Bể UASB – bể bùn kỵ khí dòng chảy ngược :

được sử dụng rộng rãi để xử lý các loại nướcthải của các nhà máy công nghiệp thực phẩm.Bùn được xả ra khỏi bể UASB từ 3 – 5 năm/lầnnếu nước thải đưa vào đã qua bể lắng I, hoặc 3 –

6 tháng/lần nếu nước thải đưa vào xử lý trựctiếp Bể được sử dụng để xử lý nước thải cóhàm lượng chất hữu cơ cao

 Ưu điểm: chi phí đầu tư, vận hành thấp, lượnghóa chất cần bổ sung ít, không đòi hỏi cấpkhí, do đó, ít tiêu hao năng lượng, có thể thuhồi tái sử dụng năng lượng từ biogas, lượngbùn sinh ra ít, cho phép vận hành với tải trọnghữu cơ cao, giảm diện tích công trình

 Khuyết điểm: giai đoạn khởi động kéo dài,dễ bị sốc tải khi chất lượng nước vào biếnđộng Bị ảnh bởi các chất độc hại Khó hồiphục sau thời gian ngừng hoạt động

3.2.2.2.Phương pháp hiếu khí

Nguyên tắc của công nghệ này là sử dụng các visinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong nướcthải có đầy đủ oxy hòa tan ở nhiệt độ, pH … thích hợp

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 26

Quá trình phân hủy chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khícó thể mô tả bằng sơ đồ:

(CHO)nNS + O2  CO2 + H2O + NH4+ + H2S + tế bào vi sinh

vật + …ΔH

Trong điều kiện hiếu khí NH4+ và H2S cũng bị phân hủynhờ quá trình nitrat hóa, sunfat hóa bởi vi sinh vật tựdưỡng:

NH4+ + 2O2  NO3- + 2H+ + H2O + ΔH ; H2S + 2O2  SO42- + 2H+

+ ΔHHoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí bao gồmquá trình dị dưỡng: vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ,các chất dinh dưỡng và các nguyên tố khoáng vi lượngkim loại để xây dựng tế bào mới tăng sinh khối vàsinh sản Quá trình phân hủy: vi sinh vật oxy hóa cacchất hữu cơ hòa tan hoặc ở dạng các hạt keo phântán nhỏ thành nước và CO2 hoặc tạo ra các chất khíkhác

So với công nghệ kỵ khí thì công nghệ hiếu khí cócác ưu điểm là những hiểu biết về quá trình xử lýđầy đủ hơn, hiệu quả xử lý cao hơn Công nghệ hiếukhí không gây ô nhiễm thứ cấp như phương pháp hóahọc, hóa lý

Nhưng công nghệ hiếu khí cũng có các nhược điểm:là thể tích công trình lớn và chiếm nhiều mặt bằng.Chi phí xây dựng công trình và đầu tư thiết bị lớn hơn.Chi phi vận hành, đặc biệt chi phí cho năng lượng sục khítương đối lớn Không có khả năng thu hồi năng lượng.Không chịu được những thay đổi đột ngột về tải trọnghữu cơ Sau xử lý sinh ra một lượng bùn dư lớn và lượng

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 27

bùn này kém ổn định, do đó đòi hỏi chi phí đầu tư đểxử lý bùn.

Các yếu tố ảnh hưởng lên quá trình sinh học hiếukhí

 Lượng oxy hòa tan trong nước là đủ khi nước

thải ra khỏi bể lắng II có nồng độ oxy hòa tan là2mg/l

 Thành phần dinh dưỡng đối với vi sinh vật

Trong nước thải, thành phần dinh dưỡng chủ yếu lànguồn cacbon ( được gọi là cơ chất hoặc chất nền đượcthể hiện bằng BOD) Ngoài BOD, cần lưu ý đến 2 thànhphần khác : nguồn Nitơ ( thường ở dạng NH4+) và nguồnphospho (ở dạng muối phosphat) là những chất dinhdưỡng tốt nhất đối với vi sinh vật Vi sinh vật pháttriển còn cần tới một loạt các chất khoáng khác, như

Mg, K, Ca, Mn, Fe, Co…

Tỉ lệ các chất dinh dưỡng cho xử lý nước thảibằng phương pháp hiếu khí như sau: BOD: N: P = 100 : 5 : 1

Tỉ số này thường chỉ đúng cho 3 ngày đầu Trong thờigian này vi sinh vật trong Aerotank phát triển mạnh vàbùn hoạt tính cũng được tạo thành nhiều nhất ( nhất là

1 – 2 ngày đầu tiên) Còn quá trình xử lý kéo dài thì

tỉ lệ này cần là 200 : 5 : 1 ( thời gian xử lý có thểtới 20 ngày) Để cân đối dinh dưỡng có thể dùng cácmuối amon và phosphat bổ sung vào nước thải để tăngnguồn N và P

 Nồng độ cho phép của chất bẩn hữu cơ

Các loại nước thải có thể xử lý bằng Aerotank cólượng BOD vào khoảng 500mg/l, còn trường hợp cao hơn

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 28

( không quá 1000mg/l), phải xử lý bằng Aerotank khuấytrộn là hoàn chỉnh Nếu BOD cao quá mức trên đây thì

ta phải pha loãng bằng nước được quy ước là sạch ( nhưnước sông, hồ không bị ô nhiễm) hoặc nước đã quaxử lý có lượng BOD ở dòng ra thấp Cũng có thểphải qua xử lý kỵ khí trước khi xử lý hiếu khí

 Các chất có độc tính ở trong nước thải

Để đảm bảo cho bùn hoạt tính được tạo thành vàhoạt động bình thường trong nước thải cần phải xácđịnh xem nước thải làm môi trường dinh dưỡng đểnuôi vi sinh vật có thích hợp không, có kìm hãm, ứcchế đến sinh trưởng và tăng sinh khối của chúng haykhông?

 pH của nước thải

pH của nước thải có ảnh hưởng nhiều đến cácquá trình hóa sinh của vi sinh vật, quá trình tạo bùn vàlắng Nói chung, pH thích hợp cho xử lý nước thải ởAerotank là 6,5 – 8,5

 Nhiệt độ

Nhiệt độ nước thải trong Aerotank có ảnh hưởngrất lớn đến hoạt động sống của vi sinh vật Hầu hếtcác vi sinh vật có trong nước thải có thể là ưa ấm

( Mesophile ): chúng có nhiệt độ sinh trưởng tối đa là

400C và tối thiểu là 50C Vì vậy, nhiệt độ xử lý nướcthải chỉ trong khoảng 6 – 370C, tốt nhất là 15 – 350C

 Nồng độ các chất lơ lửng ( SS ) ở dạng huyền phù

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 29

Nếu nồng độ các chất lơ lửng không quá 100mg/lthì loại hình xử lý thích hợp là bể lọc sinh học và nồngđộ không quá 150mg/l là xử lý bằng Aerotank sẽ chohiệu quả phân hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn là caonhất.

Đối với những nước thải có hàm lượng chất rắn lơlửng quá cao cần phải qua lắng I trong giai đoạn xử lý

sơ bộ một cách đầy đủ để có thể loại bỏ vẩn cặnlớn và một phần các chất rắn lơ lửng

Các công trình sinh học hiếu khí

 Bể phản ứng hiếu khí (Aerotank): là quá trình

xử lý sinh học hiếu khí, trong đó nồng độ cao của

vi sinh vật mới được tạo thành được trộn đều vớinước thải Quy trình xử lý nước thải bằng bùnhoạt tính được thực hiện ở nước Anh từ năm 1914,đã được duy trì và phát triển đến nay, với phạm viứng dụng rộng rãi xử lý nước thải sinh hoạt vànước thải công nghiệp

 Mương oxy hóa: lần đầu tiên được ứng dụng xử

lý nước thải tại Hà Lan do tiến sĩ Pasver chủ trì.Đây là một dạng Aerotank cải tiến khuấy trộnhoàn chỉnh trong điều kiện hiếu khí kéo dài, nướcchuyển động tuần hoàn trong mương Mương oxy hóađược phân thành 2 nhóm chính: liên tục và giánđoạn

 Bể hiếu khí gián đoạn – SBR : là hệ thống xử

lý nước thải với bùn hoạt tính lơ lửng theo kiểulàm đầy và xả cặn, hoạt động theo chu kỳ giánđoạn ( do quá trình làm thoáng và lắng trong được

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 30

thực hiện trong cùng một bể) Các bước xử lýtrong chu kỳ hoạt động của hệ thống như sau: 1 –làm đầy, 2 – sục khí ( khử BOD), 3 – lắng trong, 4 –xả cặn dư và xả nước ra, 5 – chờ tiếp nhận nướcthải mới Tiếp tục thực hiện xử lý theo chu kỳmẻ nước thải khác.

 Lọc sinh học: thiết bị lọc sinh học là thiết bị được

bố trí đệm và cơ cấu phân phối nước cũng nhưkhông khí Trong thiết bị lọc sinh học, nước thảiđược lọc qua lớp vật liệu bao phủ bởi lớp màng visinh vật Màng sinh học hiếu khí là một hệ vi sinhvật tùy tiện Vi sinh trong màng sinh học sẽ oxi hóacác chất hữu cơ, sử dụng chúng làm nguồn dinhdưỡng và năng lượng Như vậy, chất hữu cơ đượctách ra khỏi nước, còn khối lượng của màng sinhhọc tăng lên Màng vi sinh chết được cuốn trôi theonước và đưa ra khỏi thiết bị lọc sinh học

3.3 QUÁ TRÌNH XỬ LÝ BẰNG BÙN HOẠT TÍNH

3.3.1.Thành phần và tính chất bùn hoạt tính

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 31

Các vi sinh vật sẽ được cung cấp oxy thường xuyênqua hệ thống cung cấp trong quá trình phản ứng lượngbùn sinh ra không đủ nên cần tuần hoàn lại một phầnbùn từ bể lắng đợt 2.

3.3.1.2 Thành phần và tính chất bùn hoạt tính

Bùn hoạt tính bao gồm những vi sinh vật sống kếtlại thành dạng hạt hoặc dạng bông với trung tâm làcác chất nền rắn lơ lửng (40%) Chất nền trong bùnhoạt tính có thể đến 90% là phần chất rắn của rêu,tảo và các phần sót rắn khác nhau Bùn hiếu khí ởdạng bông bùn màu nâu, dễ lắng là hệ keo vô địnhhình Những sinh vật sống trong bùn là vi khuẩn đơn bàohoặc đa bào, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn, các độngvật nguyên sinh và động vật hạ đẳng, dòi, giun, đôikhi là các ấu trùng sâu bọ Vai trò cơ bản trong quátrình làm sạch nước thải của bùn hoạt tính là vi khuẩn,có thể chia ra làm 8 nhóm:

 Hỗn hợp các vi khuẩn khác: Ecoli, Micrococus.

Trong nước thải các tế bào của loài Zooglea có

khả năng sinh ra bao nhầy xung quanh tế bào có tácdụng gắn kết các vi khuẩn các hạt lơ lửng khó lắngcác chất màu chất gây mùi… và phát triển thành

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 32

các bông cặn Các hạt bông cặn này khi được khuấyđảo và thổi khí sẽ dần dần lớn lên do hấp phụ nhiềuhạt rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh vật , nguyên sinhđộng vật và các chất độc Những hạt bông này khingừng thổi khí hoặc khi các cơ chất cạn kiệt, chúng sẽlắng xuống tạo ra bùn hoạt tính

Trong bùn hoạt tính luôn có mặt động vật nguyên

sinh mà đại diện là Sarcodina, Mastigophora, Ciliata, Suctoria và vài loại sinh vật phức tạp khác Quan hệ

giữa động vật nguyên sinh và vi khuẩn là quan hệ “mồi – thú” thuộc cân bằng động chất hữu cơ – vikhuẩn – động vật – nguyên sinh Khi bùn lắng xuống là

“ bùn già” hoạt tính bùn bị giảm Hoạt tính của bùn cóthể được hoạt hóa trở lại bằng cách cung cấp đầy đủdinh dưỡng và cơ chất hữu cơ.Công thức bùn hoạt tínhthường dùng trong các tính toán là C5H7O2N

3.3.2.Vi sinh vật hiện diện trong hệ thống bùn hoạt tính

Thành phần của vi sinh vật hiện diện trong hệ thốngbùn hoạt tính chứa 70 – 90% chất hữu cơ, 10 – 30% chất vô

cơ Vi khuẩn, nấm, protozoa, rotifer, metazoa hiện diện tronghệ thống bùn hoạt tính

 Vi khuẩn : chúng chiếm ưu thế ( 90%) trong hệ thốngxử lý Sự phát triển của vi khuẩn phụ thuộc điềukiện môi trường, các yếu tố về thiết kế, vận hànhhệ thống và tính chất của nước thải Vi khuẩn cókích thước trung bình từ 0,3 – 1mm Trong hệ thống bùnhoạt tính có sự hiện diện của vi khuẩn hiếu khí tuyệtđối, vi khuẩn tùy nghi và vi khuẩn kỵ khí Một số vi

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 33

khuẩn dị dưỡng thông thường trong hệ thống bùn

hoạt tính gồm có: Achromobacter, Alcaligenes, Arthrobacter, Citromonas, Flavobacterium, Pseudomonas và Zoogloea ( Jenkins, et al.,1993) Hai nhóm vi khuẩn chịu

trách nhiệm cho việc chuyển hóa amonia thành nitrat

là: vi khuẩn Nitrobacter và Nitrosomonas.

 Nấm : là cấu tử thuộc hệ thống bùn hoạt tính Các

vi sinh vật đa bào này tham gia vào quá trình trao đổichất và cạnh tranh với vi khuẩn trong môi trườnghoạt động Chỉ có một lượng nhỏ nấm có khảnăng oxy hóa NH3 thành nitrit và nitrat Các loại nấm

thông thường là : Sphaerotilus natans và Zoogloea sp

 Protozoan: là vi sinh vật có kích thước 10 – 100 micron

được phát hiện trong hệ thống bùn hoạt tính Đây lànhóm vi sinh vật chỉ thị cho hoạt động của hệ thốngxử lý nước thải Trong hệ thống bùn hoạt tính,

protozoan được chia làm 4 nhóm chính: Protozoa, amip, flagellates và ciliates ( dạng bơi tự do, dạng bò trườn,

dạng có tiên mao)

 Protozoa :là một tổ chức lớn nằm trong nhóm

50.000 loài đã được biết đến Thật ra, động vậtnguyên sinh là các sinh vật đơn bào nhưng cấutrúc tế bào phức tạp hơn, lớn hơn các vi khuẩn.Kích thước các động vật nguyên sinh thay đổitrong khoảng từ 4 – 500mm

 Amip: thường xuất hiện trong nước thải đầu

vào, nhưng không tồn tại lâu tại các bể hiếu

khí Amip chỉ sinh trưởng nhanh trong các bể hiếu

khí có tải cao Chúng di chuyển chậm và khócạnh tranh thức ăn, nhất là khi nguồn thức ăn

bị hạn chế, nên chúng chỉ chiếm ưu thế tạicác bể hiếu khí trong một khoảng thời gian

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 35

Hình 3.5.Protozoa

ngắn Thức ăn của Amip là các chất hữu cơ có

kích thước nhỏ Hệ thống bùn hoạt tính xuất

hiện nhiều Amip chứng tỏ đang bị sốc tải Khi

đó DO thấp ( amip tồn tại được trong môi trường

DO rất thấp)

 Flagellates : ngay sau khi Amip bắt đầu biến mất,

nhưng nước thải vẫn còn chứa hàm lượng chất

hữu cơ cao, thì Flagellates xuất hiện Phần lớn Flagellates hấp thụ các chất dinh dưỡng hòa tan Cả Flagellates và vi khuẩn đều sử dụng các

chất hữu cơ làm nguồn thức ăn Tuy nhiên, khi

thức ăn giảm Flagellates khó cạnh tranh thức ăn với vi khuẩn nên giảm số lượng Nếu Flagellates

xuất hiện nhiều ở giai đoạn ổn định, điều nàychứng tỏ nước thải vẫn còn chứa một lượnglớn chất hữu cơ hòa tan

 Ciliates : thức ăn của Ciliates là vi khuẩn và các chất đặc trưng Ciliates cạnh tranh nguồn thức ăn với Rotifer Sự hiện diện của Ciliates chứng tỏ

bùn hoạt tính tốt, đã tạo bông và phần lớncác chất hữu cơ đã được loại bỏ Có 3 loại

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 36

Ciliates : các Ciliates bơi tự do xuất hiện khi Flagellate bắt đầu biến mất, số lượng vi khuẩn

tăng cao; chính vi khuẩn là nguồn thức ăn của

các Ciliates bơi tự do này Các loài Ciliate trườn,

bò: khi kích thước bùn lớn và ổn định, loài

Ciliate này chui vào trong bùn, cạnh tranh thức ăn với loài Ciliate bơi tự do là nhờ vào khả năng này Các loài Ciliate có tiên mao: xuất hiện ở

bùn đã rất ổn định, trong các loại bùn này thì

chúng và các loài Ciliate trườn, bò cạnh tranh nhau về thức ăn Ciliates hiện diện trong bùn hoạt tính là Aspidisca costata, Carchesium polypinum, Chilodonella uncinata, Opercularia coarcta, Trachelophyllum pusillum… Ciliates có nhiệm vụ loại bỏ Escherichia Coli bằng cách ăn hoặc tạo cụm.

Trong thực tế, bùn hoạt tính có thể khử 91 – 99%E.Coli

 Rotifer: là động vật đa bào có 2 bộ tiên mao chuyển

động xoay tròn, làm cho hình dạng của chúng như 2bánh xe xoay đối nhau Chúng di động nhanh trongnước, có khả năng xáo trộn mạnh nguồn nước tìm

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 37

Hình 3.8.Ciliates

nguồn thức ăn, giống Protozoa Đây là vi sinh vật

hiếu khí tuyệt đối, khá nhạy cảm với độc tính củanước thải Chúng thường xuất hiện trong hệ thốngbùn hoạt tính đã ổn định, nước có hàm lượng hữu cơ

thấp Rotifer hiếm khi được phát hiện với số lượng

lớn trong các hệ thống xử lý nước thải Vai trò

chính của Rotifer là loại bỏ vi khuẩn và kích thích sự tạo bông của bùn Chính Rotifer sử dụng vi khuẩn

không tạo bông, làm giảm độ đục của nước thải

Các màng nhầy được Rotifer tiết ra ở miệng và chân giúp bùn kết bông dễ dàng Rotifer cần thời gian khá dài để thích nghi trong quá trình xử lý Rotifer

phát hiện trong bùn cũ và điều kiện O2 đầy đủ.Nhạy cảm với độc tố và sự thay đổi thành phầnnước thải

3.3.3 Đặc điểm và nguyên lý làm việc của bể Aerotank

Bể phản ứng sinh học hiếu khí – aerotank là côngtrình bêtông cốt thép hình khối chữ nhật hoặc hìnhtròn, cũng có trường hợp người ta chế tạo các aerotank

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 38

Hình 3.9.Rotifer Hình 3.10.Rotifer

bằng sắt thép hình khối trụ Thông dụng nhất hiện naylà các aerotank hình bể khối chữ nhật Nước thải chảyqua suốt chiều dài của bể và được sục khí, khuấy đảonhằm tăng cường lượng oxy hòa tan và tăng cườngquá trình oxy hóa chất bẩn hữu cơ có trong nước.

Nước thải sau khi được xử lý sơ bộ còn chứa phầnlớn các chất hữu cơ ở dạng hòa tan cùng các chất lơlửng đi vào aerotank Các chất lơ lửng này là một sốchất rắn và có thể là các chất hữu cơ chưa phải làdạng hòa tan Các chất lơ lửng làm nơi vi khuẩn bámvào để cư trú, sinh sản và phát triển, dần thành cáchạt cặn bông Các hạt này dần dần to và lơ lửng trongnước Chính vì vậy, xử lý nước thải ở aerotank được gọilà quá trình xử lý với sinh trưởng lơ lửng của quầnthể vi sinh vật Các hạt bông cặn này cũng chính làbùn hoạt tính Bùn họat tính là các bông cặn có màunâu sẫm, chứa các chất hữu cơ hấp phụ từ nước thảivà là nơi cư trú cho các loại vi khuẩn cùng các vi sinhvật bậc thấp khác, như nguyên sinh động vật sống vàphát triển

Trong nước thải có những hợp chất hữu cơ hòa tan –loại hợp chất dễ bị vi sinh vật phân hủy nhất Ngoài ra,còn có các loại hợp chất hữu cơ khó bị phân hủyhoặc loại hợp chất chưa hòa tan, khó hòa tan ở dạngkeo – các dạng hợp chất này có cấu trúc phức tạpcần được vi khuẩn tiết ra enzym ngoại bào, phân hủythành những chất đơn giản hơn rồi sẽ thẩm thấu quamàng tế bào và bị oxy hóa tiếp thành sản phẩm cungcấp vật liệu cho tế bào hoặc sản phẩm cuối cùng là

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 39

CO2 và H2O Các hợp chất hữu cơ ở dạng keo hoặc ởdạng các chất lơ lửng khó hòa tan là các hợp chất bịoxy hóa bằng vi sinh vật khó khăn hoặc xảy ra chậmhơn.

Quá trình sinh học xảy ra qua 3 giai đoạn

 Giai đoạn 1: tốc độ oxy hóa bằng tốc độ tiêu thụoxy Ở giai đoạn này bùn hoạt tính hình thành vàphát triển Hàm lượng oxy cần cho vi sinh vật sinhtrưởng, đặc biệt ở thời gian đầu tiên thức ănchất dinh dưỡng trong nước thải đang rất phongphú, lượng sinh khối bùn trong thời gian này rất ít.Theo thời gian, quá trình thích nghi của vi sinh vậttăng, chúng sinh trưởng rất mạnh mẽ theo cấp sốnhân, sinh khối bùn tăng mạnh Vì vậy, lượng oxytiêu thụ tăng dần, vào cuối giai đoạn này rất cao.Tốc độ tiêu thụ oxy vào cuối giai đoạn này có khigấp 3 lần ở giai đoạn 2 Tốc độ phân hủy chấtbẩn hữu cơ tăng dần

 Giai đoạn 2: Vi sinh vật phát triển ổn định, hoạt lựchoạt enzym đạt tối đa và kéo dài trong thời giantiếp theo Tốc độ phân hủy chất hữu cơ đạt tối

đa, các chất hữu cơ bị phân hủy nhiều nhất Tốcđộ tiêu thụ oxy gần như không thay đổi trong mộtthời gian khá dài

 Giai đoạn 3: Tốc độ tiêu thụ oxy có chiều hướnggiảm dần và sau đó lại tăng lên Tốc độ phânhủy chất bẩn hữu cơ giảm dần và quá trình nitrathóa amoniac xảy ra Sau cùng, nhu cầu tiêu thụ oxy

SVTH: Nguyễn Thị Kim Hải

Trang 40