Bài giảng Công nghệ môi trường - Hồ Thị Phương

ĐẠI HỌC VINH
BÀI GIẢNG
Môn: Công nghệ Môi trường
Chuyên đề: Xử lý nước thải
HỒ THỊ PHƯƠNG
Vinh - 2008
1
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG (2 tiết)
1. Các thông số đánh giá chất lượng nước
Để đánh giá chất lượng nước, người ta đưa ra các chỉ tiêu về chất lượng nước như sau:
• Chỉ tiêu vật lý: mùi vị, nhiệt độ, độ đục, độ màu, độ axit, độ kiềm, độ cứng, hàm 
lượng chất rắn tan trong nước
• Chỉ tiêu hóa học: độ pH, oxi hòa tan DO, nhu cầu oxi hóa học COD, nhu cầu 
oxi sinh học BOD, hàm lượng H2S, Cl-, SO42-, PO43-, F-, I-, Fe2+, Mn2+, các hợp 
chất nitơ, phốtpho
• Chỉ tiêu sinh học: vi trùng gây bệnh, các loại rong tảo
1.1. Nhiệt độ (temperature)
Nhiệt độ nước tự nhiên phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, thời tiết của lưu vực hay 
môi trường khu vực. Nước thải công nghiệp, đặc biệt là nước thải nhà máy điện nhiệt, 
nhà máy điện hạt nhân thường có nhiệt độ cao hơn nước tự nhiên trong lưu vực nhận 
nước cho nên làm cho nước nóng lên (ô nhiễm nhiệt).
Ảnh hưởng của nhiệt độ cao trong nước: Nhiệt độ cao của nước làm thay đổi các 
quá trình sinh, hóa, lý học thường của hệ sinh thái nước biểu hiện:
- Làm giảm nồng độ oxi trong nước;
- Phân hủy yếm khí xảy ra mạnh mẽ, gây ra mùi hôi thối do các khí H2S, CO2, 
CH4, NH3  gây ra;
- Làm thay đổi màu nước.
Để đo nhiệt độ của nước người ta dùng các loại nhiệt kế khác nhau.
1.2. Độ màu (colour)
Nước tự nhiên thường trong suốt và không màu, nước có màu là do các chất bẩn 
hòa tan trong nước tạo nên. Nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp (nước thải 
nhà máy dệt, thuộc da, lò mổ, nhà máy giấy) thường tạo ra màu xám hoặc đen cho 
nguồn nước. 
Để đánh giá màu sắc của nước, người ta dùng phương pháp so màu bằng mắt hoặc 
bằng phổ kế với các dung dịch chuẩn.
1.3. Độ đục (turbidity)
2
Nước tự nhiên sạch thường không chứa các chất rắn lơ lửng nên trong suốt và không 
màu. Khi chứa các hạt sét, mùn, vi sinh vật, hạt bụi, các hóa chất kết tủa thì nước trở nên 
đục. Nước đục ngăn cản quá trình chiếu ánh sáng mặt trời xuống đáy thủy vực. 
Độ đục của nước được xác định bằng máy đo độ đục. Đơn vị của độ đục: NTU 
(Nephelometric Turbidity Unit)
Nước mặt thường có độ đục 20-100 NTU, mùa lũ có khi cao tới 500- 600 NTU. Độ 
đục của nước hồ sạch thường ở mức dưới 25 NTU. Nước thải sinh hoạt phải có độ đục 
không lớn hơn 5 NTU, nước uống phải có độ đục không lớn hơn 1NTU. 
1.4. Độ cứng (hardness)
Độ cứng của nước là đại lượng biểu thị hàm lượng các ion canxi, magie có trong 
nước. Trong xử lý nước thường phân biệt thành 2 loại độ cứng: độ cứng tạm thời và độ 
cứng vĩnh cửu. Độ cứng tạm thời là độ cứng do các muối bicacbonat của Mg và Ca tạo 
thành. Khi làm thoáng tốt và ở nhiệt độ cao, các muối bicacbonat tạo kết tủa cacbonat.
Ca(HCO3)2 CaCO3 ↓ + CO2 ↑ + H2O
Đây là nguyên nhân nước cứng gây hiện tượng đóng cặn ở các đường ống, dụng cụ, 
thiết bị tiếp xúc với nước, nhất là nước nóng. Kết hợp với các cặn chứa sắt, mangan, 
silic, cặn ở đường ống thường có màu trắng vàng gạch hoặc nâu.
Độ cứng vĩnh cửu là do các muối Ca, Mg không cacbonat tạo nên (thường là muối 
sunphat, clorua). Những muối này bền nhiệt nên khi đun nóng không bị kết tủa.
Độ cứng của nước được xác định bằng phương pháp chuẩn độ.Theo giá trị độ cứng 
tính bằng mg/l CaCO3 có thể phân loại nước thành:
Bảng 1.1. Phân loại độ cứng của nước
Độ cứng của nước Hàm lượng CaCO3 (mg/l)
Nước mềm 0 - 50
Nước hơi cứng 50 - 150
Nước cứng 150 - 300
Nước rất cứng > 300
3
1.5. Độ pH
Độ pH của nước được xác định dựa theo công thức: pH = - lg [H+]
Nước tinh khiết ở điều kiện thường bị phân ly theo phương trình: H2O = H+ + OH –
Và trung hòa về điện tích, tức là [H+] = [ OH-]
Đối với nước tinh khiết thì pH = 7, khi chứa nhiều ion H+ hơn OH- nước có tính axit 
pH 7.
Ảnh hưởng của độ pH:
- Cá thường không sống được khi nước có pH 10.
- Sự thay đổi độ pH của nước liên quan đến sự hiện diện các hóa chất axit hoặc 
kiềm, sự phân hủy chất hữu cơ, sự hòa tan của một số anion SO4 2-, NO3-...
Độ pH của nước có thể xác định bằng máy pH – meter hoặc bằng giấy đo pH.
Tiêu chuẩn pH cho nước sinh hoạt là 6 – 8,5, cho nước uống là 6,5 – 8,5.
1.6. Độ dẫn điện (electric conductivity)
 Độ dẫn điện của nước liên quan đến sự hiện diện của các ion của các kim loại muối 
như NaCl, KCl, Na2SO4, KNO3,  trong nước. Tác động ô nhiễm của nước có độ dẫn 
điện cao thường liên quan đến độc tính độc hại của các ion tan trong nước.
Để xác định độ dẫn điện, người ta dùng các máy đo điện trở hoặc cường độ dòng điện.
1.7. Chất rắn lơ lửng (Suspended solids – SS) 
- TSS (total suspended solids): là tổng hàm lượng cặn lơ lửng (mg/l) 
Để xác định TSS, người ta làm bay hơi mẫu nước trên nồi cách thủy rồi sấy khô ở 
103oC tới trọng lượng không đổi.
- SS (Suspended solids): chất rắn lơ lửng. (mg/l)
Để xác định chất rắn lơ lửng, người ta thường để lắng sau đó lọc qua giấy lọc chuẩn 
tách ra phần chất lắng: sấy khô ở 103oC – 105oC.
- DS ( Dissolved Solid): chất rắn hòa tan (mg/l)
Sấy khô một thể tích nước đã biết đã được lọc sach cặn lơ lửng ở nhiệt độ 100 – 
105 oC và cân lượng cặn còn lại sau khi nước bốc hơi hết gọi là chất rắn hòa tan. Đây 
chủ yếu là các khoáng chất và một lượng nhỏ các chất hữu cơ hòa tan 
4
Để xác định riêng phần muối khoáng hòa tan, cần nung lượng cặn này ở 500 -800oC 
để phần hữu cơ cháy hết, lượng cặn còn lại tính bằng mg/l chính là tổng lượng muối 
khoáng hòa tan (TKHT).
Bảng 2.2. Phân loại tự nhiên theo TKHT
Loại nước TKHT, mg/L
Ngọt < 1000
Lợ 1000 – 2500
Mặn 25000 – 50000
Nước muối >50000
1.8. Hàm lượng oxy hòa tan DO (dissolved Oxygen)
Oxy tự do hòa tan trong nước cần thiết cho sự hô hấp của các sinh vật nước (cá, 
lưỡng cư, thủy sinh, côn trùng) thường được tạo ra do sự hòa tan oxy từ khí quyển 
hoặc do quang hợp của tảo. Nồng độ oxy tự do hòa tan trong nước khoảng 8-10 ppm 
(ppm = mg/l hoặc mg/1kg), và sự dao động mạnh phụ thuộc vào nhiệt độ, sự phân hủy 
các chất, sự quang hợp của tảo. Khi nồng độ DO thấp, các loài sinh vật nước thiếu oxy 
sẽ giảm hoạt động hoặc chết. Do vậy DO là một chỉ số quan trọng để đánh giá sự ô 
nhiễm thủy vực. Có nhiều phương pháp xác định giá trị DO của mẫu nước như phương 
pháp ion của Winkler và phương pháp điện cực.
1.9. Nhu cầu oxy sinh hóa BOD (biochemical oxygen demand – BOD)
Nhu cầu oxy sinh hóa là lượng oxy mà vi sinh vật dùng để oxy hóa các chất hữu cơ 
có trong nước theo phản ứng:
Chất hữu cơ + O2 CO2 + H2O + tế bào mới + sản phẩm trung gian
Để xác định giá trị BOD của mẫu nước người ta tìm giá trị oxy hòa tan DO của mẫu 
nước trước và sau khi ủ mẫu một thời gian ở nhiệt độ 20oC. Thông thường thời gian ủ 
là 5 ngày khi đó khoảng 70 – 80% các chất hữu cơ bị oxy hóa (BOD5). Theo lý thuyết 
để oxy hóa gần hết hoàn toàn các chất hữu cơ (98-99%) đòi hỏi sau 20 ngày. 
1.10. Nhu cầu oxy hóa học (chemical oxygen demand – COD)
Nhu cầu oxy hóa học (COD) là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa các chất 
hữu cơ có trong mẫu nước thành CO2 và nước.
5
Như vậy COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa toàn bộ các hợp chất hữu cơ có 
trong nước, còn BOD chỉ là lượng oxy cần thiết để oxy hóa các hợp chất hữu cơ dễ 
phân hủy sinh học. Thông thường BOD5/COD = 0,5 – 0,7.
1.11. Các hợp chất của Nito, Photpho
Các hợp chất của Nito trong nước là kết quả của quá trình phân hủy các hợp chất 
hữu cơ trong tự nhiên, trong chất thải và trong các nguồn phân bón mà con người trực 
tiếp hoặc gián tiếp đưa vào nguồn nước. Các hợp chất này tồn tại dưới dạng amoniac, 
nitrit, nitrat và cả dạng nguyên tố nito.
Các hợp chất Photpho có thể tồn tại trong nước bao gồm các hợp chất photphat khi 
nguồn nước bị nhiễm bẩn phân rác và các hợp chất hữu cơ, quá trình phân hủy giải 
phóng ion PO42-. 
Khi ở trong nước hàm lượng nito, photpho cao sẽ thúc đẩy quá trình phì dưỡng (còn 
gọi là phú dưỡng).
1.12. Chỉ tiêu vi sinh
Sinh vật có mặt trong nước ở nhiều dạng khác nhau. Bên cạnh các sinh vật có ích, 
có nhiều nhóm sinh vật gây bệnh hoặc truyền bệnh cho người và động vật. Trong số 
này đáng chú ý là các loại vi khuẩn, siêu vi khuẩn, ký sinh trùng gây bệnh như tả, lỵ, 
thương hàn, sốt rét, viêm gan B, viêm não Nhật Bản, giun đỏ, trứng giun
Nguồn gây ô nhiễm sinh học cho môi trường nước chủ yếu là phân, rác, nước thải 
sinh hoạt, xác chết sinh vật, nước và rác thải bệnh viện Để đánh giá mức độ ô nhiễm 
sinh học, người ta dùng chỉ số Coliform. Đây là chỉ số phản ánh số lượng vi khuẩn 
E.coli trong nước, thường không gây bệnh cho người và sinh vật. Để xác định chỉ số 
coliform, người ta nuôi cấy mẫu trong dung dịch đặc biệt và đếm số lượng chúng sau 
một thời gian nhất định.
Người ta phân biệt trị số E.coli và chỉ số E.coli. Trị số E.coli là đơn vị thể tích nước có 
chứa 1 vi khuẩn E.coli, còn chỉ số E.coli là số lượng vi khuẩn E.coli có trong một lít nước.
Tiêu chuẩn nước cấp cho sinh hoạt ở các nước tiên tiến qui định trị số E.coli không 
nhỏ hơn 100ml nước, nghĩa là cho phép có 1 vi khuẩn E. coli trong 100ml nước, chỉ số 
E.coli tương ứng là 10. Tiêu chuẩn vệ sinh Việt Nam qui định chỉ số E.coli của nước 
thải sinh hoạt phải nhỏ hơn 20. 
6
2. Tổng quan các phương pháp xử lý nước thải
2.1. Các phương pháp xử lý chất ô nhiễm trong nước
Để xây dựng hệ thống khép kín, nước thải phải được làm sạch bằng phương pháp 
cơ học, hóa học, hóa lí, sinh học và nhiệt đến chất lượng cần thiết, tùy theo yêu cầu. 
Phân loại phương pháp xử lí ô nhiễm nước được tổng hợp trong sơ đồ sau:
Bảng 2.1. Phân loại phương pháp xử lí nước thải công nghiệp
2.2. Phân loại theo bản chất của phương pháp làm sạch nước
• Phương pháp vật lý (cơ học)
 Điều hòa
 Song chắn rác 
 Quá trình lọc
7
Nước thải
Xử lí tạp huyền phù và nhũ tương Xử lí tạp hòa tan
Xử lí tạp
chất mịn
Tiêu hủy tạp chất
 tan và không tan
Xử lí tạp
chất vô cơ
Xử lí tạp
chất hữu cơ
Tuyển nổi
Lọc
Xử lí tạp
chất thô
Lắng
Lắng trong 
cặn lơ lửng
Lọc và li 
tâm
Keo tụ
Tạo bông
Tuyển nổi 
điện
Tiêu hủy
Bơm xuống 
đáy biển
Chôn 
Bơm xuống 
giếng
Tiêu hủy 
bằng nhiệt
Cô đặc
Điện thẩm 
tách
Lọc 
ngược
Trao đổi 
ion
Đóng 
băng
Tái sinh
Háp phụ
Chưng cất
Trích li
Lọc ngược 
và siêu lọc
Phân hủy
Oxi hóa 
pha hơi
Oxi hóa 
pha lỏng
Hóa sinh
Oxi hóa
Xử lí khí
Thổi khí
Hóa học
Đun nóng
 Quá trình lắng
 Quá trình tuyển nổi
 Ly tâm
 Ép tách nước
 Sử dụng bức xạ tử ngoại, sóng siêu âm
• Phương pháp hóa lý
 Keo tụ, tạo bông
 Hấp phụ
 Hấp thụ
 Kết tủa
 Trao đổi ion
 Các phương pháp điện
 Các phương pháp nhiệt
• Phương pháp hóa học
 Trung hòa 
 Trao đổi ion
 Oxy hóa khử
 Khử trùng bằng hóa chất
 Oxy hóa nhiệt
• Phương pháp sinh học
 Phân hủy hiếu khí
 Bùn hoạt tính
 Lọc sinh học
 Mương oxi hóa
8
 Đĩa tiếp xúc quay
 Hồ sinh học hiếu khí
 Phân hủy kị khí
 Lọc kị khí
 Mê tan hóa
 Phân hủy yếm khí ngược dòng
 Hồ sinh học kỵ khí
2.3. Các giai đoạn xử lý nước
 Tiền xử lý và xử lý bậc 1 (sơ cấp, sơ bộ): gồm công trình thu gom từ song chắn 
rác đến sau công trình lắng bậc 1. Giai đoạn này khử các vật rắn nổi có kích 
thước lớn và tạp chất có thể lắng để bảo vệ bơm và đường ống. Bao gồm:
 Tiếp nhận nước
 Ổn định lưu lượng và nồng độ
 Chắn rác
 Tách hạt lơ lửng: lắng, lọc, ly tâm, keo tụ tạo bông
 Tuyển nổi
 Trung hòa
 Xử lý bậc 2 (thứ cấp): nhằm xử lý chất hòa tan và chất keo bằng phương pháp 
hóa lý, và hầu hết các chất hữu cơ hòa tan có thể phân hủy sinh học bằng 
phương pháp sinh học. 
 Xử lý chất hữu cơ phân hủy sinh học
 Xử lý bùn
 Xử lý bậc cao (bậc 3): nhằm mục đích xử lý các chất dinh dưỡng, chất hòa tan 
còn lại 
 Vi lọc, tủa hóa học, thẩm thấu, trao đổi ion
 Xử lý N, P
 Khử mùi vị
9
 Khử trùng
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ CÁC PHƯƠNG PHÁP VẬT LÝ (CƠ HỌC) – 
PHYSICAL TREATMENT (4 tiết)
Phương pháp vật lý được dùng chủ yếu để loại các tạp chất không tan trong nước.
2.1. Lọc qua – screening
Song chắn rác là công đoạn tách tạp chất thô trong nước
 Song chắn rác – bar rack
Công trình này có tác dụng thu vớt các tạp chất rắn kích thước lớn. Song chắn được 
đặt trước các công trình làm sạch, hoặc có thể đặt ngay miệng xả ở các phân xưởng khi 
nước thải sản xuất chứa tạp chất thô hoặc dạng sợi.
 Lưới lọc, rây – screen
Trước khi cho nước vào hệ thống xử lí, người ta dùng lưới hoặc rây để tách các tạp 
chất thô, đặc biệt cần thiết khi thu hồi chất quý trong dòng nước thải.
Lưới được chế tạo từ các thanh kim loại và được đặt trên đường chảy của nước thải dưới 
góc 60 – 750. Tạp chất lớn bị giữ lại trên lưới và được lấy ra bằng máy cào. Chiều rộng các 
khe lưới bằng 16 – 19 mm vận tốc nước giữa các thanh kim loại bằng 0,8 – 1m/s.
Để tách các chất lơ lửng nhỏ hơn người ta ứng dụng rây. Rây có thể có hai dạng: 
trống và đĩa. Rây dạng trống có lỗ 0,5-1mm. Khi trống quay, nước sẽ được lọc qua bề 
mặt của nó. Tạp chất được giữ lại và được rửa bằng nước rồi chảy vào rãnh chứa.
10
Hình 2.1. Song chắn rác
2.2. Lắng – sedimentation
Lắng là quá trình tách cặn lơ lửng khỏi nước nhờ tác động của trọng lực, nó còn 
được gọi là sa lắng.
Công cụ để thực hiện quá trình lắng là bể lắng. Một bể lắng cần có bốn vùng:
- Vùng nhận và phân phối nước: có chức năng phân phối đều nước sao cho tận dụng 
được tối đa không gian vùng lắng, ngoài ra phải giảm tốc nước vào vùng lắng tới 
vận tốc thiết kế giới hạn cho vùng lắng vo được gọi là tốc độ giới hạn hay tải bề 
mặt. Để thực hiện điều này vùng thu nước thường có vách hướng dòng.
- Vùng lắng: vùng thực hiện quá trình sa lắng
- Vùng chứa bùn lắng: phải thuận lợi cho việc thu gom bùn và vệ sinh bể thường 
kì. Thường phải có hố thu gom bùn bố trí gần cửa nhận nước. Nếu bể gom bùn 
thủ công thì đáy bể phải có độ dốc nhất định về phía hố gom.
- Vùng thu nước lắng: có chức năng thu nước đã lắng bớt cặn, chuyển tải đi sang 
công đoạn tiếp theo. Để thực hiện điều này cần bố trí các máng thu.
11
 Vùng nhận và phân phối nước Vùng thu nước lắng
Máng thu nước
 Nước thô 
Vùng lắng
Vùng chứa bùn
 Xả bùn
Hình 2.2. Mô hình bể lắng và bốn vùng lắng cơ bản
2.2.1. Bể lắng đứng – vertical clarifier
Bể lắng đứng là bể chứa hình trụ (hoặc tiết diện vuông) có đáy chóp. Nước thải 
được cho vào theo ống trung tâm. Sau đó, nước chảy từ dưới lên trên vào các rãnh chảy 
tràn. Như vậy, quá trình lắng cặn diễn ra trong dòng đi lên, mỗi hạt chuyển động theo 
nước lên trên với 
vận tốc vo và dưới 
tác dụng của trọng 
lực hạt chuyển 
động xuống dưới 
với vận tốc vp. 
Nếu vP > vo, hạt sẽ 
lắng nhanh; nếu vP 
< vo, hạt bị nước 
cuốn lên trên. 
Hiệu quả lắng của 
bể lắng đứng thấp 
hơn bể lắng ngang 
khoảng 10-20%.
Hình 2.3. Sơ đồ bể lắng đứng
Nếu chiều cao cột nước là H, vậy thời gian để nước dâng từ đáy tới máng thu tính 
theo phương trình : t = H/ vo
12
Nước thô vào Nước lắng ra
 vP
 vo 
 Xả bùn
Mặt khác t chính là thời gian lưu nước tính bằng : t = V/Q
Trong đó: V : thể tích nước trong vùng lắng
 Q : lưu lượng 
Vì thể tích vùng lắng V = H.A, trong đó A là thiết diện đáy, suy ra
H/vo = H.A/Q
Từ đây rút ra biểu thức xác định vo: vo = Q/A, từ biểu thức này cho thấy vo không 
phụ thuộc vào H, đây gọi là phương trình Hazen.
2.2.2. Bể lắng ngang – horisonal clarifier
Bể lắng ngang là hồ chứa ... 
điều kiện tự nhiên. Việc xử lí nước thải trong điều kiện nhân tạo được tiến hành trong 
các bể thông khí (arerotank) hoặc thiết bị lọc sinh học.
5.1. Cơ sở lí thuyết quá trình phân hủy sinh học
5.1.1. Các chỉ số cơ bản
Nước thải được đưa đi xử lí hóa sinh, được đặc trưng bởi BOD, COD. Tiếp xúc với 
các chất hữu cơ, các vi sinh phân hủy chúng một phần thành nước (H2O), khí carbonic, 
ion nitric và ion sunfat, phần khác tạo thành khối sinh học. Sự phân hủy chất hữu cơ 
được gọi là oxi hóa sinh học. Một số chất hữu cơ có khả năng được oxi hóa dễ dàng, 
còn một số khác hoàn toàn không bị oxi hóa hoặc oxi hóa rất chậm.
Để xác định khả năng nạp nước thải công nghiệp vào thiết bị xử lí sinh học người ta 
thiết lập nồng độ tối đa các chất độc hại không ảnh hưởng đến quá trình oxi hóa sinh 
hóa và hoạt động của công trình xử lí. Nếu không có các dữ liệu này khả năng oxi hóa 
sinh hóa được thiết lập dựa theo tỉ lệ BOD và COD. Nếu tỉ lệ BOD/COD > 0,5, nước 
thải chịu sự oxi hóa sinh hóa. Khi đó nước thải phải không chứa các chất độc hại và 
các tạp chất muối kim loại nặng. Khi đó nước thải phải không chứa các chất độc hại và 
các tạp chất muối kim loại nặng. 
5.1.2. Quy luật phân hủy các chất hữu cơ
35
• Để cho quá trình oxi hóa sinh học các chất hữu cơ có trong nước thải xảy ra, các 
chất hữu cơ hòa tan, cả chất keo và các chất phân tán nhỏ trong nước thải cần di 
chuyển vào bên trong tế bào vi sinh vật theo ba giai đoạn chính như sau:
- Chuyển các chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật;
- Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm do sự chênh lệch nồng độ bên 
trong và bên ngoài tế bào;
- Chuyển hóa các chất trong tế bào vi sinh vật, sản sinh năng lượng và tổng hợp tế 
bào mới.
• Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều 
kiện cung cấp oxy liên tục. Quá trình xử lí sinh học hiếu khí nước thải gồm 3 
giai đoạn:
- Oxy hóa các chất hữu cơ:
CxHyOz + O2 CO2 + H2O 
- Tổng hợp tế bào mới:
CxHyOz + NH3 + O2 CO2 + H2O + C5H7NO2
- Phân hủy nội bào
C5H7NO2 + 5 O2 5 CO2+ 2 H2O + NH3
• Phương pháp kị khí sử dụng nhóm vi sinh vật kị khí, hoạt động trong điều kiện 
không có oxy. Phương trình phản ứng sinh hóa trong điều kiện kị khí có thể 
biểu diễn đơn giản như sau:
Chất hữu cơ CH4 + CO2 + H2 + NH3 + H2S + Tế bào mới
Một cách tổng quát, quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn :
- Giai đoạn 1: thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử;
- Giai đoạn 2: Acid hóa;
- Giai đoạn 3: Acetate hóa;
- Giai đoạn 4: Methane hóa.
36
enzim
enzim
enzim
Vi sinh vật
Các chất hữu cơ chứa các chất hữu cơ cao phân tử như proteins, chất béo, 
carbohydrates, celluloses, lignin, trong giai đoạn thủy phân, sẽ được cắt mạch tạo 
thành những phân tử đơn giản hơn, dễ phân hủy hơn. Các phản ứng thủy phân sẽ 
chuyển hóa protein thành amino acids, carbohydrate thành đường đơn, và chất béo 
thành các acid béo. Trong giai đoạn acid hóa, các chất hữu cơ đơn giản lại được tiếp 
tục chuyển hóa thành acetic acid, H2 và CO2. Bên cạnh đó, CO2 và H2, methanol, các 
rượu đơn giản khác cũng được hình thành trong quá trình cắt mạch carbohydrat. Vi 
sinh vật chuyển hóa methane chỉ có thể phân hủy một số loại cơ chất nhất định như 
CO2 + H2, fomate, acetate, methanol, methylamines và CO. 
5.2. Phương pháp hiếu khí – aerobic digestion
5.2.1. Bùn hoạt tính – aerotank
Aerotank là bể chứa nước bằng bê tông cốt sắt được thông khí. Quá trình xử lí trong 
các aerotank diễn ra theo dòng nước thải được sục khí và trộn với bùn hoạt tính.
NT vào Nước ra
Bùn dư đi xử lí
Bùn tuần hoàn
3-Lắng cấp 1 4-Bồn sục khí - Aerotank 5-Lắng cấp 2
1, 2
Hình 5.1. Sơ đồ công nghệ aerotank
Nước thải được cho vào bể lắng 1, để tăng cường sự lắng của các hạt lơ lửng có thể 
cho vào đây một phần bùn hoạt tính. Sau đó nước đi vào bể aerotank có chứa bùn hoạt 
tính, ở đây nước thải được sục khí sơ bộ trong khoảng 15-20 phút. Trong trường hợp 
cần thiết các chất dinh dưỡng cũng được cho vào bể này. Từ bể aerotank nước chảy 
sang bể lắng 2, tại đây một phần bùn lắng được tuần hoàn về bể aerotank, phần bùn còn 
lại được đưa đi xử lí, nước trong được thải ra ngoài.
Trước bể aerotank nước thải không được chứa lớn hơn 150 mg/l các hạt lơ lửng và 
25 mg/l sản phẩm dầu mỏ. Nhiệt độ nước thải không được thấp hơn 6oC và cao hơn 
30oC, còn pH trong khoảng 6,5 – 9.
5.2.2. Lọc sinh học - biofiltration
37
Thiết bị lọc sinh học là thiết bị mà bên trong thân của nó được bố trí đệm dạng thỏi 
và cơ cấu phân phối nước cũng như không khí. Trong thiết bị lọc sinh học nước thải 
được lọc qua lớp vật liệu được bao phủ bởi màng vi sinh vật. Vi sinh trong màng sinh 
học oxi hóa các chất hữu cơ, sử dụng làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng. Như vậy, 
chất hữu cơ được tách ra khỏi nước còn khối lượng của màng sinh học tăng lên. Màng 
sinh vật chết được cuốn trôi theo nước và đưa ra khỏi thiết bị lọc sinh học và đi vào bể 
lắng. Tuy nhiên do tính chất của bùn vi sinh ở đây là nặng hơn, dễ lắng hơn bùn từ hệ 
bùn hoạt tính nên lắng cấp 2 có yêu cầu không khắt khe như hệ aerotank.
Mặt khác, khi lớp vi sinh vật đủ dày lớp vi sinh sát bề mặt vật liệu sẽ trở nên yếm 
khí, các quá trình xảy ra sẽ là yếm khí hoặc thiếu khí, khí thoát ra do các quá trình này 
sẽ làm màng vi sinh dễ bong hơn. Khi màng vi sinh bong ra, bị rửa trôi lớp màng mới 
sẽ phát triển và chu kì lặp lại.
Vật liệu lọc thường là đá dăm hoặc các khối vật liệu dẻo có hình thù khác nhau. Bể 
lọc vật liệu là đá dăm thường có dạng tròn, kích thước dao động từ 25 – 100 mm. 
Chiều sâu lớp vật liệu lọc khoảng 0,9 – 2,5 m, trung bình là 1,8 m.
Hình 5.2. 
Lọc sinh học
5.2.3. Đĩa 
tiếp xúc sinh 
học quay – 
rotating biological contactor (RBC)
Đĩa tiếp xúc sinh học quay (RBC) là kĩ thuật màng bám dính, hệ xử lí bao gồm 
bồn/bể chứa, các đĩa sinh học thực tế là vật liệu mang ngập gần nửa vào nước thải, trục 
của các đĩa sinh học RBC được gắn vào hệ mô tơ-hộp giảm tốc để quay tập đĩa. Vật 
liệu làm các RBC thường là plastic có độ bền cao. Khi quay trong nước vi khuẩn sẽ 
bám dính lên bề mặt đĩa, đồng thời khi quay nửa trên của đĩa lấy oxi, khi ngập nước 
oxi dưới tác dụng của lớp màng sinh học bám trên đĩa sẽ tham gia phản ứng oxi hóa 
38
hữu cơ, N- amoni để xử lí nước thải. Đĩa sinh học thường được chế tạo với bề mặt lồi 
lõm hoặc gấp nếp, điều này vừa tăng diện tích bề mặt vừa tăng độ cứng của đĩa.
Hình 5.3. Đĩa tiếp xúc 
sinh học quay
5.2.4. Oxyten - Ứng dụng oxi để thông khí nước thải 
Hiện nay đã bắt đầu sử dụng oxi kỹ thuật để thông khí nước thải thay cho oxi. Quá 
trình này được gọi là lắng sinh học. Nó được tiến hành trong thiết bị kín và được gọi là 
oxiten. 
Việc áp dụng oxi thay cho không khí để thông khí nước thải có nhiều ưu điểm:
- Hiệu suất sử dụng oxi tăng từ 8-9 đến 20-25%
- Cường độ oxi hóa tăng 5-6 lần
- Để đảm bảo cùng nồng độ oxi trong nước thải yêu cầu vận tốc khuấy trộn thấp 
hơn, do đó bùn tạo thành ở dạng bông to và chặt nên dễ lắng và lọc, cho phép 
tăng nồng độ bùn đến 10g/l mà không cần tăng kích thước bể lắng đợt 2.
- Khi nồng độ oxi cao các vi khuẩn chỉ không phát triển
- Trong nước đã xử lí nồng độ oxi còn dư lớn nên thúc đẩy các quá trình xử lí tiếp theo.
- Trong quá trình xử lí không tạo ra mùi vì tiến hành trong thiết bị kín
- Chi phí đầu tư nhỏ hơn.
Tuy nhiên, phương pháp này đắt do tốn kém cho việc sản xuất oxi, vì vậy nó được 
ứng dụng trong trường hợp xí nghiệp có sẵn oxi. Trong oxiten do nồng độ CO2 cao hơn 
trong aerotank nên pH giảm đáng kể. Thời gian xử lí giảm gây cản trở quá trình nitric 
39
hóa. Đồng thời hệ số tăng trưởng của bùn cũng giảm từ 0,6-1,2 đối với aerotank còn 
0,4-0,6 đối với oxiten.
Phụ thuộc vào thành phần nước thải nồng độ oxi tối ưu trong nước thải của oxiten 
là 10-12 mg/l, còn liều lượng bùn 7-10g/l.
5.2.5. Mương oxi hóa
Đây là biến thể của hệ bùn hoạt tính sục khí kéo dài, ít bùn nên phù hợp cho những 
điểm dân cư nhỏ, không có hệ xử lí tập trung. Tương tự hệ ao hồ có thể không cần xây 
dựng bằng bê tông, vì vậy chi phí xây dựng sẽ thấp, yêu cầu vận hành, bảo trì cũng ở 
mức thấp nên chi phí vận hành không cao.
Khác với hệ bùn hoạt tính, máy cấp khí trong trường hợp này không dùng hệ phân 
tán lắp cố định dưới đáy bể mà thường dùng hệ guồng vừa đẩy nước vừa cấp khí. 
Mương oxi hóa có thể chấp nhận tải cao hơn nhiều so với hồ oxi hóa, nhờ guồng đẩy 
nước tạo dòng chảy tuần hoàn với tốc độ khoảng trên 0,3 m/s nên giữ được sinh khối lơ 
lửng, tăng hiệu quả xử lí.
Hình 5.4. Mương oxi hóa
5.2.6. Hồ sinh học
Hồ sinh học là dãy hồ gồm 3-5 bậc, qua đó nước thải chảy với vận tốc nhỏ, được 
lắng trong và xử lí sinh học. Các hồ được ứng dụng để xử lí sinh học và xử lí bổ sung 
trong tổ hợp với các công trình xử lí khác. Hồ được chia ra làm hồ với sự thông khí tự 
nhiên và nhân tạo. Hồ với sự thông khí tự nhiên không sâu (0,5-1m), được đun nóng 
bởi mặt trời và được gieo các vi sinh vật nước.
40
Vi khuẩn sử dụng oxi sinh ra từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxi từ 
không khí để oxi hóa các chất ô nhiễm. Rêu tảo tiêu thụ CO2, photphat và nitrat amon, 
sinh ra từ sự phân hủy sinh học các chất hữu cơ. Để hoạt động bình thường cần phải 
đạt giá trị pH và nhiệt độ tối ưu. Nhiệt độ không được thấp hơn 6oC.
Trong tính toán hồ người ta xác định kích thước bảo đảm thời gian lưu cần thiết của 
nước thải và vận tốc oxi hóa được đánh giá theo BOD của chất phân hủy chậm nhất. 
Để tăng vận tốc hòa tan oxi người ta xây dựng các hồ thông khí. Sự thông khí được 
tiến hành bằng cơ khí hoặc khí động. Thông khí cho phép tăng tải lượng chất ô nhiễm 
đến 3-3,5 lần và tăng chiều sâu đến 3,5m.
5.3. Phương pháp kỵ khí – anaerobic digestion
Quá trình yếm khí đầu tiên áp dụng để xử lí bùn dư, hiện nay áp dụng cả để xử lí 
nước thải giàu hữu cơ. Vi khuẩn hoạt tính ở đây bao gồm các vi khuẩn yếm khí và cả 
vi khuẩn tùy nghi, trong điều kiện không có oxi chúng sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ 
thành carbon dioxit và metan, thường gọi là biogas.
 So với các quá trình hiếu khí, yếm khí có các ưu thế sau:
- Hiệu suất tạo sinh khối yếm khí nhỏ hơn nhiều so với hiếu khí; điều này làm giảm 
nhu cầu dinh dưỡng, giảm chi phí xử lí bùn dư.
- Không có chi phí oxi, điều này giảm cả chi phí thiết bị lẫn vận hành hệ cấp khí.
- Khí metan sinh ra có giá trị nhiệt năng lớn, có thể thay thế khí đốt.
- Các quá trình yếm khí chấp nhận tải đầu vào cao hơn nhiều so với hiếu khí, đó là 
vì không có cản trở do yêu cầu khuếch tán oxi.
 Các nhược điểm của quá trình yếm khí:
- Cần năng lượng để nâng nhiệt độ tới vùng hoạt động vi khuẩn tối ưu (thường là 35oC). 
- Khó đạt được hiệu suất xử lí cao như quá trình hiếu khí.
- Do bản chất quá trình trong nước ra và biogas luôn có mùi do H2S và mercaptan. 
Điều này sẽ hạn chế khả năng sử dụng ở đô thị.
- Bùn yếm khí khó lắng hơn bùn hiếu khí, vì vậy nếu áp dụng kĩ thuật lắng thì chi 
phí sẽ cao hơn.
- Điều khiển thiết bị sẽ khó hơn, hệ xử lí nhạy cảm hơn đối với shock tải hữu cơ.
41
5.3.1 Quá trình tiếp xúc kị khí (Anaerobic Contact Process)
Đây là quá trình với hệ vi sinh phân tán, tương tự như quá trình bùn hoạt tính, chỉ 
khác DO = 0. Quá trình tiếp xúc yếm khí bao gồm 2 phần. Phần tiếp xúc nghĩa là hỗn 
hợp phản ứng và bùn hoàn tính được khuấy trộn đều (trong điều kiện yếm khí), phần 
hai là sự tách R/L để tuần hoàn phần R về bồn tiếp xúc. Hai quá trình tiếp xúc đã 
thương mại hóa là Bioenergy và Anamet.
Bioenergy là quá trình lắng tiếp xúc yếm khí thông thường kết hợp sự tách R/L 
bằng shock nhiệt kết hợp lắng cấp 2. Khi hỗn hợp phản ứng ra khỏi bể phản ứng, trước 
khi vào bể lắng nhiệt độ là 35oC được giảm nhanh xuống 25oC nhờ các hệ trao đổi 
nhiệt làm mát, khi đó quá trình sinh khí metan sẽ dừng lại, nước vào lắng cấp 2 bùn sẽ 
lắng dễ hơn.
Trong hệ Anamet ngay sau bồn yếm khí là bồn hiếu khí để xử lí gần hoàn toàn hữu 
cơ. Bùn tuần hoàn về bồn yếm khí là bùn hiếu khí. Quá trình này giảm lượng bùn dư 
phải xử lí, ngoài ra bùn dư chứa một lượng N, P nhất định sẽ giảm nhu cầu N, P đối với 
toàn bộ quá trình.
5.3.2 Phân hủy yếm khí ngược dòng - Upflow Anaerobic Sludge Bed (UASB)
Trong hệ UASB bùn phải được phát triển thành một lớp dày. Trong lớp bùn này 
dưới tác động của dòng nước từ dưới lên các hạt bùn này dưới tác động của dòng nước 
từ dưới lên các hạt bùn nổi lơ lửng tạo thành một lớp đệm dạng hạt. Hạt bùn bền với 
tác động của dòng nước thải vào, đủ nhẹ để nổi lơ lửng do tác động của dòng chảy và 
đủ nặng để không bị dòng nước kéo ra khỏi bồn phản ứng.
Trong hệ UASB nước thải được cấp vào từ dưới đáy bồn, thu ở phía trên. Trong 
quá trình nước thải đi từ dưới lên nó phải tiếp xúc với các hạt bùn hoạt tính. Khi đó sẽ 
xảy ra hai quá trình: (1) chất hữu cơ được BHT phân hủy yếm khí thành CO2 + CH4 và 
(2) quá trình lọc trong nhờ lớp đệm dạng hạt. 
Ưu điểm của UASB so với hệ BHT
 Ít tiêu tốn năng lượng vận hành
 Ít bùn dư, nên giảm chi phí xử lý bùn
 Bùn sinh ra dễ tách nước
 Nhu cầu dinh dưỡng thấp nên giảm được chi phí bổ sung dinh dưỡng
42
 Có khả năng thu hồi năng lượng từ khí metan
Hình 5.5. Hệ phân hủy yếm khí ngược dòng (UASB)
5.3.3. Lọc yếm khí - Anaerobic Filter Process
Bể lọc kỵ khí là một cột chứa vật liệu mang thường ngập trong lớp chất lỏng để xử 
lý chất hữu cơ chứa carbon trong nước thải. Nước thải được dẫn vào cột từ dưới lên, 
tiếp xúc với lớp vật liệu trên đó có VSV kỵ khí sinh trưởng, phát triển và tạo màng, 
ngoài ra các khe, lỗ trong khối vật liệu cũng là nơi vi sinh thích cư trú. 
Lọc yếm khí hiệu quả trong xử lí nhiều loại nước thải công nghiệp có nồng độ hữu 
cơ cao. Ngoài những ưu điểm của quá trình yếm khí, lọc yếm khí còn có ưu điểm là 
chịu đựng tốt những trường hợp dừng hệ thống, khả năng phục hồi công suất khi tái 
khởi động rất tốt. Bên cạnh đó lọc yếm khí gặp phải một số khó khăn khi vận hành 
như: kiểm soát sự gia tăng mật độ sinh khối, cách tiến hành, mức độ rửa lọc để loại bớt 
nhưng không loại hết sinh khối đã bám dính.
5.3.4. Hệ yếm khí với lớp đệm dãn nở - anaerobic fluidised bed reactor (AFBR)
Hệ AFBR là bồn phản ứng yếm khí với đệm giả lỏng, lớp đệm ở đây chính là lớp vi 
khuẩn bám trên các hạt vật liệu mang dạng hạt, khi gặp dòng nước thải từ dưới lên sẽ 
nổi và chuyển động ở giữa bồn phản ứng như lớp đệm, do tính linh động của nó nên 
được coi là giả lỏng. Vật liêu mang có thể là cát, than atraxit, than hoạt, quả cầu từ sợi 
thép không gỉ, và bọt polyester....Ưu điểm của kĩ thuật AFBR là loại trừ khả năng tắc 
như trường hợp kĩ thuật lọc.
43
5.3.5. Hồ yếm khí
Hồ yếm khí được dùng khi xử lí nước thải đậm đặc có SS cao. Chúng là các công 
trình đào bằng đất độ sâu tới 9 m để đảm bảo các điều kiện yếm khí và giữ được nhiệt. 
Khi nước thải vào các chất lắng được sẽ tích lũy dưới đáy hồ, nước lắng đi xử lí tiếp. 
Điều kiện yếm khí được đảm bảo suốt dọc độ sâu của hồ, trừ lớp mỏng bề mặt. 
Chất thải sẽ được phân hủy thông qua các chu trình chuyển hóa yếm khí, các sản 
phẩm sẽ là carbon dioxit, metan và các khí khác, các axit hữu cơ và sinh khối.
Do bản chất quá trình yếm khí là gây mùi nên hồ yếm khí chỉ nên áp dụng khi các 
yếu tố xung quanh đảm bảo không ảnh hưởng tới dân cư.
44