Luận văn Nghiên cứu xử lý nước thải của làng nghề sản xuất miến dong Cự Đà, Thanh Oai, Hà Nội bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước

MỞ ĐẦU Ở Việt Nam làng nghề có vai trò đặc biệt quan trọng đối với người dân ở các vùng nông thôn nó giúp họ có cuộc sống ấm no ngay trên mảnh đất quê hương mình. Bên cạnh mặt đóng góp tích cực, tình trạng ô nhiễm ở các làng nghề đã lên tới mức báo động gây nhiều bức xúc cho xã hội do việc phát triển các làng nghề ở nước ta vẫn mang tính tự phát, công nghệ thủ công lạc hậu, thiết bị chắp vá, thiếu đồng bộ, ý thức bảo vệ môi trường rất thấp. Tất cả các mặt hạn chế trên không chỉ ảnh hưởng tới sự phát triển các làng nghề mà còn ảnh hưởng đến chất lượng môi trường làng nghề và sức khỏe cộng đồng. Một trong những loại hình làng nghề phổ biến nhất ở nông thôn Việt Nam là làng nghề chế biến lương thực( bún, miến , bánh đa, chế biến tinh bột… ). Sự ô nhiễm môi trường nước tại các làng nghề này đang ở mức báo động, gây nhiều bức xúc cho xã hội. Các chỉ tiêu cơ bản của nước thải như COD, BOD, TSS. .. đều vượt quá tiêu chuẩn cho phép nhiều lần. Một trong những làng nghề chế biến lương thực có truyền thống lâu năm là làng nghề làm miến Cự Đà, thuộc xã Cự Khê,Thanh Oai, Hà Nội. Nước thải làng nghề sản xuất miến dong chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao chủ yếu là các hợp chất cacbonhidrat, prôtein, tinh bột … là các chất dễ phân hủy, chuyển hóa sinh học và các hợp chất chứa nitơ gồm nitơ ở dạng hữu cơ (amin, axit amin…), ở dạng vô cơ như NH4+, NO2- ,… làm giảm chất lượng của nước và có thể gây ra một số bệnh nguy hiểm cho con người. Vì thế việc tìm quy trình xử lý thích hợp đối với loại nước thải này có ý nghĩa rất to lớn. Có nhiều biện pháp xử lý, tuy nhiên biện pháp sinh học là ưu thế hơn cả vì chúng có ưu điểm về kinh tế - kỹ thuật và thân thiện với môi trường. Từ thực tế trên, chúng tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải của làng nghề sản xuất miến dong Cự Đà, Thanh Oai, Hà Nội bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước ”. Chương 1: TỔNG QUAN 1.1.Tình hình ô nhiễm nước thải các làng nghề truyền thống Hiện nay tại nông thôn, tình trạng ô nhiễm nước đang ở mức báo động, trầm trọng nhất là tại các làng nghề. Hầu hết môi trường nước tại các làng nghề đều đang rơi vào tình trạng ô nhiễm hết sức nghiêm trọng. Theo thống kê, hiện nay cả nước ta có khoảng 1.450 làng nghề, trong đó có hơn 300 làng nghề truyền thống.  Kết quả điều tra, khảo sát của Bộ Khoa học - Công nghệ cho thấy 100% mẫu nước thải, thậm chí cả nước mặt, nước ngầm ở các làng nghề đều vượt các tiêu chuẩn cho phép. Nước thải của các làng nghề chế biến biến lương thực, thực phẩm có đặc tính chung là rất giàu chất hữu cơ, dễ phân hủy sinh học. Thí dụ, nước thải của quá trình sản xuất tinh bột từ sắn có hàm lượng ô nhiễm rất cao (COD = 13.300 - 20.000mg/l, BOD5 = 5.500 - 125.000 mg/l).  Cho đến nay, phần lớn nước thải tại các làng nghề đều thải thẳng ra ngoài không qua bất kỳ khâu xử lý nào. Nước thải này tồn đọng ở cống rãnh thường bị phân hủy yếm khí gây ô nhiễm không khí và ngấm xuống lòng đất gây ô nhiễm môi trường đất và suy giảm chất lượng nước ngầm.  Tình trạng ô nhiễm môi trường đã khiến  một tỷ lệ không nhỏ người dân làng nghề hoặc ở các khu vực lân cận mắc các bệnh về đường hô hấp, đau mắt, bệnh đường ruột, bệnh ngoài da...Nguyên nhân gây bệnh chủ yếu do môi trường sinh hoạt không bảo đảm vệ sinh, nguồn nước sạch khan hiếm. Tỷ lệ mắc bệnh nghề nghiệp ở làng nghề có tỷ lệ cao hơn rất nhiều những làng thuần nông khác... 1.2.Thực trạng môi trường làng Cự Đà và quy trình sản xuất miến dong 1.2.1. Đôi nét về làng Cự Đà và thực trạng môi trường hiện nay. Làng Cự Đà cách Hà Nội chưa đầy 20 km về phía tây nằm ven bờ sông Nhuệ thuộc xã Cự Khê, huyện Thanh Oai, Hà Tây cũ (nay là Hà Nội) có khoảng 600 hộ dân với khoảng 1750 nhân khẩu, toàn bộ diện tích làng khoảng 1.05 km2 (mât độ khoảng 1670 người/km2 ) trong đó đất ở khoảng 108.000 m2 còn lại là đất canh tác và diện tích sông ngòi, kênh rạch. Làng Cự Đà có truyền thống làm miến dong, loại miến ngon có tiếng khắp nơi vì sợi miến vừa dẻo vừa dai mà lại không quá cứng đặc biệt không bị trương lên khi ngâm lâu trong nước. Hàng năm làng sản xuất một lượng miến rất lớn cung cấp cho Hà Nội và các tỉnh lân cận, trong làng không phải tất cả các hộ đều sản xuất miến dong mà chỉ có khoảng 60 hộ là sản xuất thường xuyên ở quy mô lớn (khoảng 1-1.5 tấn/ngày) ngoài ra cũng có những hộ chỉ sản xuất mang tính thời vụ, cứ vào dịp giáp tết nhu cầu khách hàng về miến tăng cao nên những hộ này chỉ sản xuất vào dịp tết (khoảng 20 hộ). Những hộ còn lại có thể làm công cho những hộ làm miến hay làm những công việc khác vì muốn làm được sợi miến từ bột dong riềng phải qua rất nhiều công đoạn và cần rất nhiều người ví dụ tráng miến, mang miến đi phơi, hay thu miến. Quá trình sản xuất miến tốn rất nhiều nước vì trước khi tráng miến phải qua nhiều công đoạn, nước thải của sản xuất miến chứa nhiều chất hữu cơ nhất là chất hữu cơ dạng tinh bột cùng chất tẩy màu, mùi. Nước không được xử lý mà cùng với nguồn nước thải sinh hoạt đổ thẳng ra sông Nhuệ làm nước sông nhuốm một màu đen ngòm và bốc mùi hôi thối mặt khác do làng chưa có chỗ quy hoạch đổ rác nên nhiều hộ cứ tiện tay vứt ra ven bờ sông Nhuệ góp phần làm ô nhiễm con sông và mất cảnh quan của khu vực. 1.2.2. Quy trình sản xuất miến từ bột dong riềng Đầu tiên bột dong được ngâm với nước khoảng vài giờ sau đó lọc bỏ nước, lấy phần tinh bột, bột này lại được tẩy bằng hóa chất để sạch màu và mùi chua sau đó bột lại tiếp tục được ngâm một lần nữa. Giai đoạn này có thể bổ xung thêm phẩm màu để tạo màu sắc cho miến nếu khách hàng có nhu cầu (ví dụ miến vàng thì cho thêm bột nghệ…) sau khi lọc bỏ nước bột được khuấy đều, một phần bột được ngâm với nước sôi được gọi là bột chín, bột chín đem hòa với bột đã lọc theo tỉ lệ 1/10 tạo lên một hỗn hợp bột. Tiếp đó bột được tráng thành bánh hấp chín rồi đem phơi. Sau khi khô, bánh được đưa qua máy cán thành sợi, đem phơi khô rồi xuất cho khách hàng. Dưới đây là sơ đồ quy trình sản xuất miến từ bột dong riềng
 Hình 1: Sơ đồ sản xuất miến từ bột dong riềng 1.2.3.Đặc điểm nước cấp và nước thải trong công nghệ sản xuất miến Các làng nghề chế biến nông sản thực phẩm tiêu thụ một khối lượng nước lớn. Nước phục vụ cho sản xuất chủ yếu là nước giếng khoan và một phần nhỏ là nước nhà máy. Nước sử dụng cho sản xuất miến chủ yếu ở khâu ngâm bột, tẩy màu, mùi của bột, ngâm trước khi đem tráng. Nước thải miến có COD tương đối cao 4000-6000 mg/l, độ đục tương đối lớn 400-600 NTU do trong quá trình ngâm bột một lượng nhỏ tinh bột đi theo nước vào nước thải, thành phần chủ yếu của bột dong riềng là tinh bột nên hàm lượng amoni không cao khoảng 40-80 mg/l và nitrit thấp (< 3mg/l), pH của nước thải khá thấp (2-3) và có mùi chua rất khó chịu, tất cả nước thải của các công đoạn được thải chung xuống cống cùng với nước thải sinh hoạt gây ô nhiễm nặng cho sông Nhuệ. 1.3. Xử lý nước thải 1.3.1. Khảo sát và đánh giá mức độ ô nhiễm Để tiến hành xử lý một nguồn thải trước hết cần biết thành phần các chất gây ô nhiễm và nguồn gốc phát sinh ra chúng. Phải phân tích xác định các chỉ tiêu để làm cơ sở cho việc lựa chọn phương pháp xử lý thích hợp. Việc xác định các chỉ tiêu không thể chỉ tiến hành phân tích một mẫu, mà phải phân tích rất nhiều mẫu với mục đích là tìm sự biến đổi của các chỉ số đó trong môi trường nước. 1.3.2. Một số thông số quan trọng đánh giá chất lượng nước thải a) Độ pH Giá trị pH của nước thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý. Giá trị pH cho phép ta quyết định xử lý nước theo phương pháp thích hợp, hoặc điều chỉnh lượng hóa chất cần thiết trong quá trình xử lý nước. Các công trình xử lý nước thải áp dụng các quá trình sinh học làm việc tốt khi pH nằm trong giới hạn từ 7 - 7,6. Môi trường thuận lợi nhất để vi khuẩn phát triển thường có pH từ 7 - 8. Các nhóm vi khuẩn khác nhau có giới hạn pH hoạt động khác nhau. Ví dụ vi khuẩn nitrit phát triển thuận lợi nhất với pH từ 4.8 – 8.8, còn vi khuẩn nitrat với pH từ 6.5 – 9.3. Vi khuẩn lưu huỳnh có thể tồn tại trong môi trường có pH từ 1 - 4. b) Độ đục Nước tự nhiên sạch thường không chứa những chất rắn lơ lửng nên trong suốt và không màu. Độ đục do các chất rắn lơ lửng gây ra. Những hạt vật chất gây đục thường hấp phụ các kim loại nặng cùng các vi sinh vật gây bệnh. Nước đục còn ngăn cản quá trình chiếu sáng của mặt trời xuống đáy làm giảm quá trình quang hợp và nồng độ oxy hòa tan trong nước. c) Mùi Mùi hôi thối khó ngửi của nước thải do các chất hữu cơ bị phân hủy, mùi của các hóa chất, dầu mỡ có trong nước. Các chất có mùi như NH3, các amin, các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh. d) Hàm lượng các chất rắn Tổng chất rắn – TS (Total Solid) TS là một thành phần đặc trưng rất quan trọng của nước thải bao gồm các chất rắn nổi, lơ lửng, keo và tan Tổng chất rắn được xác định bằng trọng lượng khô phần còn lại khi cho bay hơi một lít mẫu nước trên bếp cách thủy rồi sấy khô ở 103oC cho đến khi trọng lượng không đổi. Đơn vị tính bằng mg/l (hoặc g/l). Tổng chất rắn dạng huyền phù – TSS (Total Suspended Solid) TSS là toàn bộ lượng chất rắn ở trạng thái lơ lửng trong nước. TSS được xác định trọng lượng khô của chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh, khi lọc 1l mẫu nước qua phễu lọc Gooch rồi sấy khô ở 103-1050C tới khi trọng lượng không đổi. Đơn vị tính là mg/l hay g/l Chất rắn hòa tan – DS (Dissolved Solid) Hàm lượng chất rắn hòa tan chính là hiệu số của tổng chất rắn (TS) với tổng chất rắn dạng huyền phù (TSS): DS = TS – TSS (mg/l) Chất rắn bay hơi (VS) Hàm lượng chất rắn bay hơi là trọng lượng mất đi khi nung lượng chất rắn huyền phù TSS ở 5500C trong một khoảng thời gian xác định. Thời gian này phụ thuộc vào loại mẫu nước (nước cống, nước thải hoặc bùn). Đơn vị tính là mg/l hoặc phần trăm (%) của TSS hay TS Chất rắn có thể lắng Chất rắn có thể lắng là số ml phần chất rắn của 1 lít mẫu nước đã lắng xuống đáy phễu sau một khoảng thời gian (thường là 1 giờ) f) Hàm lượng oxi hòa tan DO (Dissolved Oxygen) Hàm lượng oxi hòa tan là một trong những chỉ tiêu quan trọng nhất của nước thải vì oxi không thể thiếu được với các quá trình sống. Oxi duy trì quá trình trao đổi chất sinh ra năng lượng cho sự sinh trưởng, sinh sản và tái sản xuất. Khi thải các chất thải vào các nguồn nước quá trình oxi hóa chúng sẽ làm giảm nồng độ oxi hòa tan trong các nguồn nước này thậm chí có thể đe dọa sự sống của các loại cá cũng như các sinh vật trong nước. Việc theo dõi thường xuyên thông số về hàm lượng oxy hòa tan có ý nghĩa quan trọng trong việc duy trì điều kiện hiếu khí trong quá trình xử lý nước thải. Mặt khác lượng oxy hòa tan còn là cơ sở của phép phân tích xác định nhu cầu oxy sinh hóa. Có hai phương pháp xác định DO là phương pháp Winkler và phương pháp điện cực oxy. g) Nhu cầu oxy sinh hóa BOD (Biochemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxy sinh hóa BOD là lượng oxy cần thiết cho việc oxi hóa các hợp chất hữu cơ dưới tác dụng của vi sinh vật (sự phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học) . Đơn vị tính theo mgO2/l Quá trình phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ có thể biểu diến bởi phương trình tổng quát sau: Chất hữu cơ + O2 Vi sinh vật CO2 + H2O + Sinh khối Chỉ số BOD là thông số quan trọng để đánh giá mức độ ô nhiễm của nước. Chỉ số BOD càng cao chứng tỏ lượng chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học trong nước càng lớn. Trong thực tế khó có thể xác định được toàn bộ lượng oxy cần thiết để các vi sinh vật phân hủy hoàn toàn các chất hữu cơ trong nước mà chỉ xác định được lượng oxy cần thiết trong năm ngày ở nhiệt độ 20oC trong bóng tối. Mức độ oxy hóa các chất hữu cơ không đều theo thời gian. Thời gian đầu, quá trình oxy hóa xảy ra với cường độ mạnh hơn và sau đó giảm dần. h) Nhu cầu oxy hóa học COD (Chemical Oxygen Demand) Nhu cầu oxy hóa học COD là lượng oxy cần thiết cho quá trình oxy hóa toàn bộ các chất hữu cơ trong mẫu nước thành CO2 và H2O bằng tác nhân oxy hóa hóa học mạnh. Trong thực tế COD được dùng rộng rãi để đánh giá mức độ ô nhiễm các chất hữu cơ có trong nước. Do việc xác định chỉ số này nhanh hơn so với việc xác định BOD. Phương pháp phổ biến nhất để xác định COD là phương pháp crommat: oxi hóa các hợp chất hữu cơ bằng đicromat trong dung dịch H2SO4 đặc có mặt chất xúc tác Ag2SO4. Các chất hữu cơ + Cr2O72- + H+ Ag2SO4 CO2 + H2O + Cr3+ Lượng Cr2O72- dư có thể được xác định bằng phương pháp trắc quang hoặc bằng phương pháp chuẩn độ bởi dung dịch muối Mohr i) Tổng hàm lượng nitơ (TN) Các hợp chất chứa nitơ trong nước thải thường là các hợp chất ptotein và các sản phẩm phân huỷ: NH4+, NO3-, NO2-. Trong nước thải cần có một lượng nitơ thích hợp, mối quan hệ giữa BOD5 với N và P có ảnh hưởng rất lớn đến sự hình thành và khả năng oxi hoá của bùn hoạt tính. Hàm lượng nitơ trong nước cũng được xem như các chất chỉ thị tình trạng ô nhiễm của nước vì NH3 tự do là sản phẩm phân hủy các chất chứa protein, sau đó amoni được oxi hóa tiếp thành nitrit, nitrat theo sơ đồ  Tổng nitơ là tổng các hàm lượng nitơ hữu cơ, amoniac, nitrit, nitrat. Hàm lượng nitơ hữu cơ được xác định bằng phương pháp Kendal. Tổng nitơ Kendal là tổng nitơ hữu cơ và nitơ amoniac. Chỉ tiêu amoniac thường được xác định bằng phương pháp so màu hoặc chuẩn độ còn nitrit và nitrat được xác định bằng phương pháp so màu. k) Tổng hàm lượng photpho Ngày nay người ta quan tâm đến việc kiểm soát hàm lượng các hợp chất chứa photpho trong nước bề mặt, nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp vì nguyên tố này là một trong những nguyên nhân chính gây ra sự phát triển bùng nổ của tảo ở một số nguồn nước mặt (hiện tượng phú dưỡng). Chỉ tiêu này có ý nghĩa quan trọng để kiểm soát sự hình thành cặn rỉ ăn mòn và xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. Vì photpho nằm ở các dạng khác nhau như photpho hữu cơ, photphat, pyrophotphat, ortho photphat nên cần chuyển tất cả các dạng này về dạng ortho photphat PO43- bằng cách vô cơ hóa mẫu nước. Sau đó xác định PO43- bằng phương pháp trắc quang với thuốc thử là amoni molipdat trong môi trường axit mạnh . PO43- + 12 (NH4)2MoO4 + 24 H+ ( (NH4)3PO4.12MoO3( + 21NH4+ +12 H2O m) Tiêu chuẩn vi sinh. Trong nước thải thường có rất nhiều loại vi khuẩn có hại, chúng là các vi trùng từ nguồn nước thải sinh hoạt, đặc biệt là nước thải bệnh viện. Trong đó vi khuẩn E-coli là loại vi khuẩn đặc trưng cho sự nhiễm trùng nước. Chỉ số E-coli chính là số lượng vi khuẩn này có trong 100 ml nước. Ước tính mỗi ngày mỗi người bài tiết khoảng 2.1011 E-coli. Theo tiêu chuẩn WHO nguồn nước cấp cho sinh hoạt có chỉ số E-coli ≤ 10 E-coli/100 ml nước, ở Việt Nam chỉ số này là 20 E-coli/100ml nước. 1.3.3. Các phương pháp xử lý nước và nước thải Xử lý nước thải là loại bỏ các tạp chất gây ô nhiễm ra khỏi nước, nước thải. Khi đạt được những chỉ tiêu, yêu cầu cho từng loại nước thì có thể đổ vào nguồn hoặc tái sử dụng lại. Để đạt được mục đích trên người ta thường dựa vào đặc điểm của các loại tạp chất để chọn phương pháp xử lý thích hợp. Việc phân loại các phương pháp xử lý nước, nước thải chủ yếu dựa vào bản chất của phương pháp xử lý đó. Người ta phân loại thành các phương pháp sau. 1.3.3.1. Phương pháp hóa lý Là phương pháp xử lý chủ yếu dựa trên các quá trình vật lý, thường dùng để loại các hợp chất không tan ra khỏi nước, nó gồm các quá trình cơ bản: lọc qua sàng, lưới chắn, khuấy trộn, lắng, tuyển nổi, đông tụ, tạo bông, ly tâm, lọc, chuyển khí. Tùy thuộc vào tính chất của tạp chất và mức độ cần thiết phải làm sạch mà người ta sử dụng một hoặc một số phương pháp kể trên. 1.3.3.2. Phương pháp hóa học Là phương pháp chuyển hóa các chất bẩn có trong nước bằng cách thêm hóa chất. Cơ sở của phương pháp hóa học là các phản ứng trung hòa, tạo phức, kết tủa, các phản ứng oxy hóa khử hóa học và điện hóa. 1.3.3.3. Phương pháp sinh học Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là một quá trình phức tạp bởi đó là quá trình phát triển của vi sinh vật xảy ra trong thiết bị xử lý, bị ràng buộc bởi các hiện tượng hóa lý liên quan đến chuyển chất và năng lượng. Tính phức tạp của nó còn ở chỗ các quá trình đó xảy ra ở mức độ vi mô (các hiện tượng trong tế bào, trong quần thể vi sinh vật và ở mức độ vĩ mô (các quá trình chuyển chất và truyền nhiệt phụ thuộc điều kiện thủy động cụ thể trong từng thiết bị). a) Điều kiện nước thải đưa vào xử lý sinh học Các loại nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải một số ngành công nghiệp có chứa những chất hữu cơ hòa tan gồm hidratcacbon, protein và các hợp chất chứa nitơ phân hủy từ protein, các dạng chất béo, cùng một số chất vô cơ như H2S, các sulphua, amoniac và các hợp chất chứa nitơ khác có thể đưa vào xử lý bằng phương pháp sinh học. Phương pháp xử lý sinh học nước thải dựa trên cơ sở hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các tạp chất hữu cơ có trong nước thải. Do vậy, điều kiện đầu tiên và vô cùng quan trọng là nước thải phải là môi trường sống của các quần thể vi sinh vật. Để cho quá trình xử lý sinh học xảy ra thuận lợi thì nước thải cần được xử lý sơ bộ để đạt những yêu cầu sau: - Hàm lượng các chất độc nhỏ, không chứa hoặc chứa rất ít các kim loại nặng có thể gây chết hoặc ức chế sự phát triển của các hệ vi sinh vật trong nước thải. - Trong nước thải cần bảo đảm tỷ lệ BOD:N:P ( 100:5:1 là tỷ lệ chất dinh dưỡng thích hợp cho sự phát triển của vi sinh vật. - Nước thải đưa vào xử lý sinh học có hai thông số đặc trưng là COD và BOD. Nước thải có COD/BOD ( 2 hoặc BOD/COD ( 0.5 là khá phù hợp với việc xử lý sinh học. Khi giá trị COD hoặc BOD lớn thì cần phải qua xử lý sinh học kỵ khí. Bên cạnh các chất dễ phân hủy như: Hidratcacbon, protein còn có nhiều chất chỉ bị oxi hoá một phần hoặc thậm chí hầu như hoàn toàn không bị phân hủy. Trong các chất hữu cơ tự nhiên có lignin là khó bị phân hủy, kitil, sừng, móng, tóc hầu như không bị phân hủy. Đối với các loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao như nước thải các làng nghề sản xuất bún, hay miến thì phương pháp xử lý được lựa chọn là phương pháp sinh học. Ở đây nguồn nước thải sau khi được xử lý sẽ được thải trực tiếp ra các dòng sông nên không thể sử dụng hóa chất một cách tùy tiện được. Phương pháp xử lý sinh học dựa vào sự phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải bởi các vi sinh vật, nên khi thải ra sẽ không gây ô nhiễm môi trường bởi các hóa chất đưa vào trong quá trình xử lý như các phương pháp khác. b)Vai trò của vi sinh vật trong việc xử lý nước. Trong nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp đặc biệt là của các xí nghiệp chế biến thực phẩm, thủy sản, giấy... rất giàu các chất hữu cơ như: Đường, tinh bột, các hợp chất protein, các chất béo, xenlulozo...Thường trong nước thải cũng có chứa rất nhiều các vi sinh vật. Vi sinh vật ở đây là một quần thể và đông đảo nhất là vi khuẩn, cả về chủng loại cũng như số lượng. Có hai nhóm vi sinh vật (chia theo phương thức dinh dưỡng): nhóm vi sinh vật tự dưỡng và nhóm vi sinh vật dị dưỡng. + Các vi sinh vật dị dưỡng phải nhờ vào các chất hữu cơ làm nguồn dinh dưỡng và năng lượng. Chúng phân hủy các chất hữu cơ nhờ hệ enzim thủy phân tiết ra môi trường theo nguyên tắc cảm ứng cơ chất tương ứng. Các vi sinh vật này cũng dùng các chất hữu cơ có trong nước để xây dựng tế bào mới cho mình, để phục vụ cho sinh trưởng và phát triển. + Các vi sinh vật tự dưỡng có thể sử dụng CO2 làm nguồn cacbon và các chất khoáng khác, nhờ ánh sáng mặt trời làm nguồn năng lượng tổng hợp thành các chất hữu cơ trong thành phần tế bào. Làm sạch nước thải tự nhiên hay xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học là dựa vào hoạt động sống của các vi sinh vật dị dưỡng có khả năng phân giải các hợp chất hữu cơ làm nguồn năng lượng và nguồn cacbon để thực hiện quá trình sinh tổng hợp, phát triển . Các vi sinh vật dị dưỡng lại có thể chia làm 3 loại dựa theo hoạt động sống của chúng với oxi: + Vi sinh vật hiếu khí: loài này cần có oxi để sống và phân hủy các hợp chất hữu cơ. + Vi sinh vật kỵ khí: loài này có khả năng sống không cần có oxi và oxi hoá các chất hữu cơ không cần có mặt oxi tự do, chúng có thể sử dụng oxi trong các hợp chất như nitrat, sunphat. + Giữa hai nhóm này còn có một nhóm trung gian được gọ