BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

TRẦN HOÀI SƠN

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG HỆ LỌC
CẢI TIẾN ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TÁI CHẾ TỪ
CHẤT THẢI RẮN XÂY DỰNG

STUDY ON WASTEWATER TREATMENT BY ADVANCED
FILTRATION SYSTEM USING RECYCLED MATERIAL
FROM CONSTRUCTION SOLID WASTE

Chuyên ngành: KTMT – CNMT Nước và nước thải
Mã ngành: 62520320-2
LUẬN ÁN TIẾN SỸ

Hà Nội, năm 2023


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG HỆ LỌC
CẢI TIẾN ỨNG DỤNG VẬT LIỆU TÁI CHẾ TỪ
CHẤT THẢI RẮN XÂY DỰNG

STUDY ON WASTEWATER TREATMENT BY ADVANCED
FILTRATION SYSTEM USING RECYCLED MATERIAL
FROM CONSTRUCTION SOLID WASTE

Chuyên ngành: KTMT – CNMT Nước và nước thải
Mã ngành: 62520320-2
LUẬN ÁN TIẾN SỸ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
1. PGS.TS. TRẦN THỊ VIỆT NGA
2. GS. KEN KAWAMOTO

Hà Nội, năm 2023


i

LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi dưới sự hướng dẫn của
PGS.TS. Trần Thị Việt Nga và GS. Ken Kawamoto. Các số liệu, kết quả nêu trong
luận án là trung thực và chưa được ai cơng bố trong bất kỳ cơng trình nghiên cứu
nào khác.
Tác giả luận án

Trần Hoài Sơn


ii

LỜI CẢM ƠN
Sau quãng thời gian 5 năm học tập và nghiên cứu nghiêm túc tại Trường đại học
Xây dựng Hà Nội, NCS đã hoàn thành luận án tiến sĩ “Nghiên cứu xử lý nước thải
bằng hệ lọc cải tiến ứng dụng vật liệu tái chế từ chất thải rắn xây dựng”, chuyên
ngành KTMT – CNMT Nước và nước thải, NCS xin gửi lời cảm ơn sâu sắc, chân

thành tới PGS.TS. Trần Thị Việt Nga và GS. Ken Kawamoto đã chỉ bảo, hướng dẫn
và đồng hành cùng NCS một cách nghiêm túc, khoa học, nghiêm khắc và nhiệt tình
trong suốt q trình NCS học tập, nghiên cứu và hồn thiện luận án.
NCS xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Trường đại học Xây dựng Hà Nội, Ban
Giám hiệu nhà trường, Phịng Quản lý Đào tạo, Khoa Kỹ thuật Mơi trường, Bộ mơn
Cấp thốt nước đã tạo điều kiện và cho phép NCS được học tập, nghiên cứu và hoàn
thành luận án tại trường.
NCS xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Dự án Satreps, ban giám đốc dự án, các
thành viên trong Dự án Satreps đã hỗ trợ NCS máy móc, phương tiện, tạo mơi
trường nghiên cứu chun nghiệp và khoa học để NCS thực hiện và hoàn thành
nghiên cứu.
NCS xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Bộ mơn Cấp thốt nước, thầy Trưởng bộ mơn
và các thầy cơ trong Bộ mơn đã hỗ trợ, hướng dẫn, góp ý cho NCS trong q trình
nghiên cứu và hồn thiện luận án. NCS xin cảm ơn các thầy cô trong Khoa Kỹ thuật
Môi trường, các nhà khoa học trong và ngồi trường đã tham gia góp ý và nhận xét
cho luận án.
NCS xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Phịng Quản lý đào tạo, các thầy cơ, cán
bộ trong phịng đã hỗ trợ, hướng dẫn NCS trong q trình học tập, nghiên cứu, hoàn
thiện luận án.
NCS xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân, bạn bè đã hỗ trợ, khích lệ và
động viên NCS trong q trình học tập, nghiên cứu, hoàn thiện luận án.
Tác giả luận án


iii

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ........................................................ vii
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... ix
DANH MỤC BIỂU ĐỒ, HÌNH VẼ ............................................................................. xi

MỞ ĐẦU ....................................................................................................................... 1
1. Lý do lựa chọn đề tài. .......................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu của luận án......................................................................... 4
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án. .................................................... 5
4. Cơ sở khoa học của luận án. ................................................................................ 5
5. Nội dung nghiên cứu của luận án. ........................................................................ 6
6. Phương pháp nghiên cứu của luận án................................................................... 7
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án. .......................................................... 8
8. Những đóng góp mới của luận án. ....................................................................... 9
9. Cấu trúc của luận án........................................................................................... 10
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ............................. 11
1.1. Tổng quan về chất thải rắn xây dựng và bê tơng khí chưng áp AAC .............. 11
1.1.1. Tổng quan về chất thải rắn xây dựng tại Việt Nam ...................................... 11
1.1.2. Tổng quan về bê tơng khí chưng áp ............................................................. 12
1.1.3. Đặc tính hóa lý của bê tông AAC ................................................................ 14
1.2. Tổng quan về xử lý nước thải sử dụng chất thải rắn xây dựng ........................ 17
1.2.1. Xử lý kim loại nặng trong nước thải bằng CTRXD ..................................... 17
1.2.2. Xử lý nước thải sử dụng CTRXD ................................................................ 20
1.2.3. Hệ lọc cải tiến xử lý nước thải sinh hoạt ...................................................... 23
1.3. Tiềm năng ứng dụng của bê tơng AAC trong các cơng trình xử lý nước thải . 25
1.3.1. Các đối tượng ô nhiễm trong nước thải có thể xử lý bằng bê tơng AAC...... 25
1.3.2. Các cơng trình XLNT phân tán có tiềm năng sử dụng chất thải AAC ......... 29
1.4. Định hướng nghiên cứu................................................................................... 37
1.4.1. Sự cần thiết của nghiên cứu ......................................................................... 37
1.4.2. Định hướng nghiên cứu của luận án ............................................................. 37


iv

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG BÊ

TÔNG THẢI AAC ...................................................................................................... 41
2.1. Cơ sở lý thuyết quá trình hấp phụ ................................................................... 41
2.1.1. Một số khái niệm về quá trình hấp phụ ........................................................ 41
2.1.2. Động học hấp phụ ........................................................................................ 44
2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình hấp phụ trong mơi trường nước .......... 46
2.2. Cơ sở khoa học của quá trình xử lý KLN, phốt phát trong nước bằng AAC ... 48
2.2.1. Đặc điểm của vật liệu AAC ......................................................................... 48
2.2.2. Các cơ chế chính của q trình xử lý kim loại nặng trong nước bằng AAC 49
2.2.3. Các cơ chế chính của quá trình xử lý phốt phát trong nước bằng AAC ....... 50
2.3. Cơ sở khoa học XLNT bằng lọc sinh học, bãi lọc ngầm sử dụng vật liệu
AAC ....................................................................................................................... 50
2.3.1. Cơ chế loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải bằng màng VSV dính bám50
2.3.2. Cơ chế xử lý nước thải trong các bể lọc, hào lọc tiếp xúc sinh học.............. 54
2.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý nước thải trong các cơng trình
lọc tiếp xúc sinh học .............................................................................................. 57
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................ 61
3.1. Các nội dung nghiên cứu và sơ đồ nghiên cứu ................................................ 61
3.2. Hoạch định thực nghiệm ................................................................................. 62
3.2.1. Chuẩn bị vật liệu và đánh giá đặc tính hóa lý của vật liệu ........................... 62
3.2.2. Nghiên cứu khả năng hấp phụ tĩnh (Thí nghiệm hấp phụ kim loại nặng,
phốt phát sử dụng vật liệu AAC theo mẻ) .............................................................. 65
3.2.3. Thí nghiệm xử lý nước thải bằng hệ lọc cải tiến sử dụng vật liệu AAC ....... 69
3.3. Phương pháp phân tích, đánh giá trong luận án .............................................. 71
3.3.1. Đánh giá thành phần, hình thái học bề mặt của vật liệu ................................... 71
3.3.2. Đánh giá các chỉ tiêu chất lượng nước .............................................................. 73
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .............................................................. 76
4.1. Đặc tính hóa lý của vật liệu hấp phụ ............................................................... 76
4.1.1. Thành phần hóa học của vật liệu ....................................................................... 76
4.1.2. Điểm tích điện khơng (pHpzc) của vật liệu ........................................................ 76



v

4.1.3. Các thông số kỹ thuật khác của vật liệu ............................................................ 78
4.2. Đánh giá hiệu quả hấp phụ kim loại nặng và các yếu tố ảnh hưởng ................ 78
4.2.1. Dung lượng hấp phụ một số kim loại của AAC................................................ 78
4.2.2. Đánh giá q trình hấp phụ theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt ......................... 85
4.2.3. Kết quả nghiên cứu động học hấp phụ kim loại nặng của AAC....................... 89
4.2.4. Sự loại bỏ đồng thời các kim loại nặng............................................................. 91
4.2.5. Cơ chế hấp phụ và loại bỏ kim loại nặng của AAC .......................................... 92
4.3. Đánh giá khả năng hấp phụ phốt phát bằng AAC và các yếu tố ảnh hưởng .. 100
4.3.1. Khảo sát ảnh hưởng của thời gian phản ứng ................................................... 100
4.3.2. Ảnh hưởng của nồng độ phốt pho trong dung dịch ........................................ 101
4.3.3. Đánh giá quá trình hấp phụ theo mơ hình hấp phụ đẳng nhiệt, đơng học
hấp phụ và cơ chế hấp phụ. ....................................................................................... 102
4.4. Kết quả thí nghiệm xử lý nước thải bằng hệ lọc sinh học cải tiến sử dụng vật
liệu AAC .............................................................................................................. 107
4.4.1. Đánh giá hiệu quả loại bỏ COD ...................................................................... 107
4.4.2. Đánh giá hiệu quả loại bỏ Nitơ Ammonium (N-NH4) .................................... 109
4.4.3. Đánh giá hiệu quả loại bỏ tổng Nitơ (TN) ...................................................... 111
4.4.4. Đánh giá hiệu quả loại bỏ tổng phốt pho ........................................................ 113
4.4.5. Đánh giá các thông số khác ............................................................................. 116
4.4.6. Đánh giá khả năng làm vật liệu mang vi sinh. ................................................ 118
4.5. Tiềm năng thu hồi phốt pho cho mục đích cải tạo đất nông nghiệp .............. 119
4.6. Đề xuất các hướng ứng dụng trong xử lý nước thải ...................................... 123
4.6.1. Đề xuất mơ hình dây chuyền xử lý nước thải ơ nhiễm kim loại nặng ............ 123
4.6.2. Đề xuất mơ hình dây chuyền xử lý nước thải sinh hoạt.................................. 125
4.6.3. Các lưu ý khi sử dụng bê tông AAC trong xử lý nước thải ............................ 126
KẾT LUẬN ............................................................................................................... 128
TUYỂN TẬP CÁC BÀI BÁO CÔNG BỐ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CỦA

ĐỀ TÀI LUẬN ÁN TRÊN CÁC TẠP CHÍ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH ... 131
TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 131
TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT ............................................................. 133


vi

TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG NƯỚC NGOÀI ............................................. 135
PHỤ LỤC ............................................................................................................ PL1
Phụ lục 1. Kết quả phân tích, đánh giá thành phần một số CTRXD..................... PL1
Phụ lục 2. Kết quả thí nghiệm hấp phụ theo mẻ ................................................... PL2
Phụ lục 3. Kết quả thí nghiệm xử lý nước thải bằng hệ lọc sử dụng AAC ......... PL16
Phụ lục 4. Các ảnh hệ thống xử lý và các công việc liên quan ........................... PL22


vii

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu
viết tắt
AAC
ABR
ABR-AFHFW

Thuật ngữ tiếng Việt

Bê tơng khí chưng áp
Bể phản ứng kỵ khí có vách ngăn
Cơng nghệ xử lý nước thải gồm bể
phản ứng kỵ khí có vách ngăn - bể

lọc kỵ khí - bãi lọc trồng cây dịng
chảy ngang
ADB
Ngân hàng Phát triển Châu Á
AF
Bể lọc kỵ khí
BAF/ABF Bể lọc sinh học cấp khí cưỡng bức

Thuật ngữ tiếng Anh
Autoclaved Aerated Concrete
Anaerobic Baffled Reactor
Anaerobic Baffled Reactor Anaerobic Filter - Horizontal
Flow Wetland

KLN
KLTT

Asian Development Bank
Anaerobic Filter
Biological
Aerated
Filter/
Aerated Biological Filter.
Diện tích bề mặt
Brunauer – Emmett – Teller
Nhu cầu ơxy sinh hố đo trong 5 Biological Oxygen Demand in 5
ngày
days
Bộ Tài nguyên và Môi trường
Chất thải phá dỡ xây dựng

Construction and Demolition
Waste
Nhu cầu ơxy hố học
Chemical Oxygen Demand
Cộng sự
Chất thải rắn
Chất thải rắn sinh hoạt
Chất thải rắn xây dựng
Chỉ số độ dẫn điện trong nước
Electrical conductivity
Phân tích thành phần vật liệu theo Energy-Dispersive
X-ray
phân tích phân tán năng lượng tia X analyses
Tổ chức Hợp tác phát triển Cộng hòa Deutsche
Gesellschaft
für
Liên bang Đức
Internationale Zusammenarbeit
Kim loại nặng
Khối lượng thể tích

HAP

Ca5(OH)(PO4)3

Hydroxyapatite

HFW
HLR
HRT


Bãi lọc trồng cây dòng chảy ngang
Tải trọng thủy lực
Thời gian lưu nước thủy lực

Horizontal Flow Wetland
Hydraulic Loading Rate
Hydraulic Retention Time

BET
BOD5
BTNMT
CDW
COD
CS
CTR
CTRSH
CTRXD
EC
EDX
GIZ


viii

LAV
LIM
MBBR
NTSH
OLR

pH
QCVN
RAC/
RCA
RBA
Rbn
SEM
TCVN
TKV
TOC
TN
TP
TSS
XLNT
XRD
VLL
ZEO

Đá dung nham
Đá vơi
Bể xử lý nước thải có giá thể di động
Nước thải sinh hoạt
Tải lượng hữu cơ
Độ pH
Qui chuẩn Việt nam
Bê tông tái chế
Gạch tái chế
Cường độ chịu nén tiêu chuẩn
Kính hiển vi điện tử quét
Tiêu chuẩn Việt Nam

Tập đồn cơng nghiệp Than Khống sản Việt Nam
Tổng hàm lượng cacbon hữu cơ
Tổng hàm lượng Nitơ
Tổng hàm lượng Photpho
Tổng hàm lượng các chất rắn lơ
lửng
Xử lý nước thải
Phân tích thành phần vật liệu theo
nhiễu xạ tia X
Vật liệu lọc
Zeolit

Lava Rock
Limestone
Moving Bed Biofilm Reactor
Organic loading rate

Recycled Aggregate Concrete/
Recycled Concrete Aggregate
Recycled Brick Aggregates
Scanning Electron Microscopy

Total Organic Carbon
Total Nitrogen
Total Phosphorus
Total Suspended Solids

X-Ray Diffraction

Zeolite



ix

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần của CTRXD tại bãi chơn lấp Thanh Trì và Vĩnh Quỳnh .....12
Bảng 1.2. Tổng hợp thành phần hóa học của AAC trong một số nghiên cứu ..........14
Bảng 1.3. Tổng hợp thành phần hóa học của một số loại CTRXD .........................15
Bảng 1.4. Tính chất vật lý cơ bản của mẫu AAC ....................................................17
Bảng 1.5. Tổng hợp một số nghiên cứu về xử lý kim loại nặng bằng CTRXD........19
Bảng 1.6. Dung lượng hấp phụ P của một số loại CTRXD ......................................22
Bảng 1.7. Kết quả phân tích chất lượng nước thải tại làng nghề tái chế kim loại Đại
Bái, Bắc Ninh ...........................................................................................................26
Bảng 1.8. Một số kim loại nặng trong nước rỉ rác của bãi rác Nam Sơn .................27
Bảng 1.9. Thành phần đặc trưng của NTSH ở một số trạm XLNT tại Hà Nội ........28
Bảng 1.10. Một số hệ thống XLNT sinh hoạt quy mô phân tán ở nông thôn ..........30
Bảng 1.11. Thông số thiết kế của một số hệ thống XLNT phân tán tại Việt Nam ..31
Bảng 3.1. Thơng số thí nghiệm hấp phụ theo mẻ .....................................................66
Bảng 3.2. Các số liệu đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất
hấp phụ các ion KLN, phốt phát của vật liệu AAC ..................................................66
Bảng 3.3. Các số liệu đầu vào nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ KLN, TP đến
hiệu suất hấp phụ các ion KLN, phốt phát của vật liệu AAC ...................................68
Bảng 3.4. Thơng số thí nghiệm xử lý nước thải liên tục ...........................................71
Bảng 3.5. Chỉ tiêu, phương pháp và thiết bị phân tích..............................................74
Bảng 4.1. Thành phần hóa học của AAC theo khối lượng .......................................76
Bảng 4.2. Diện tích bề mặt và điện thế ζ của bê tơng AAC .....................................77
Bảng 4.3. Hiệu suất xử lý trung bình các kim loại theo thời gian phản ứng tại cùng
nồng độ dung dịch 500 mg/L ....................................................................................80
Bảng 4.4. Hiệu suất xử lý trung bình và pH của dung dịch Pb, Cd theo thời gian
phản ứng tại cùng nồng độ dung dịch 500 mg/L ......................................................81

Bảng 4.5. Hiệu suất xử lý trung bình và pH của dung dịch As theo thời gian phản
ứng tại cùng nồng độ dung dịch 500 mg/L ...............................................................82
Bảng 4.6. Tổng hợp kết quả thí nghiệm hấp phụ theo mẻ của AAC ........................84
Bảng 4.7. Các thơng số phương trình đẳng nhiệt của AAC khi hấp phụ Cd, Pb, As87
Bảng 4.8. Các tham số động học quá trình hấp phụ các ion Cd, As, Pb trên AAC ..90
Bảng 4.9. Tổng hợp khả năng hấp phụ, dung lượng hấp phụ đồng thời Pb và Cd
theo kích cỡ hạt AAC. ...............................................................................................91
Bảng 4.10. Tổng hợp thứ tự ưu tiên lựa chọn KLN được hấp phụ của một số loại
chất hấp phụ có nguồn gốc từ ngành xây dựng, địa kỹ thuật. ...................................92
Bảng 4.11. Thành phần các nguyên tố trên vật liệu AAC sau hấp phụ Cd...............96


x

Bảng 4.12. Thành phần các nguyên tố trên vật liệu AAC sau hấp phụ Pb ...............97
Bảng 4.13. Thành phần các nguyên tố trên vật liệu AAC sau hấp phụ As ...............97
Bảng 4.14. Tổng hợp so sánh dung lượng hấp phụ Pb, Cd, As của một số loại
CTRXD .....................................................................................................................98
Bảng 4.15. Các hệ số hấp phụ theo phương trình đẳng nhiệt Langmuir và Fruendlich
cho quá trình hấp phụ P bởi AAC ...........................................................................103
Bảng 4.16. Thành phần các nguyên tố trên vật liệu AAC sau hấp phụ phốt phát. .103
Bảng 4.17. Các tham số động học quá trình hấp phụ phốt phát trên AAC .............104
Bảng 4.18. Tổng hợp dung lượng hấp phụ P của một số loại CTRXD. .................106
Bảng 4.19. Lượng P giữ lại trong lớp vật liệu AAC của hệ thống lọc sinh học .....116
Bảng 4.20. Lượng P giữ lại trong lớp vật liệu AAC theo cơng suất trạm XLNT ...122
Bảng 4.21. Tính toán bể hấp phụ Pb sử dụng vật liệu AAC ...................................125
Bảng 4.22. Tính tốn bể hấp phụ Cd sử dụng vật liệu AAC ..................................125
Bảng 4.23. Tính tốn thể tích, kích thước các cơng trình XLNT sử dụng AAC theo
cơng suất trạm XLNT..............................................................................................126



xi

DANH MỤC BIỂU ĐỒ, HÌNH VẼ
Hình 1.1. Các thành phần CTRXD điển hình ở Việt Nam .......................................11
Hình 1.2. Hệ thống chưng áp (a) và các sản phẩm AAC hỏng (b) tại nhà máy
Viglacera Yên Phong, Bắc Ninh ...............................................................................13
Hình 1.3. Cấu trúc mạng lưới rỗng của bê tơng khí chưng áp AAC ........................16
Hình 1.4. Tỷ lệ lỗ rỗng theo khối lượng thể tích (a) và phân bố kích thước lỗ rỗng
(b) trong AAC ...........................................................................................................17
Hình 1.5. Mơ hình lọc BAF sử dụng CTRXD ..........................................................21
Hình 1.6. Mơ hình XLNT phân tán sử dụng hệ lọc cải tiến, có bãi lọc ngầm sử dụng
vật liệu hấp phụ P (1. Bể tự hoại; 2. Hố bơm; 3. Bể lọc sinh học; 4. Bãi lọc ngầm
dòng chảy ngang; 5. Nước ra) ..................................................................................25
Hình 1.7. Mơ hình XLNT kết hợp bể tự hoại và bãi lọc trồng cây ...........................34
Hình 1.8. Sơ đồ nghiên cứu của luận án ...................................................................39
Hình 1.9. Sơ đồ cấu trúc của luận án ........................................................................40
Hình 2.1. Quá trình hình thành màng sinh học trên bề mặt giá thể ..........................51
Hình 2.2. Sơ đồ cơ chế hoạt động của màng sinh vật ...............................................52
Hình 3.1. Sơ đồ nghiên cứu.......................................................................................62
Hình 3.2. Bê tơng khí chưng áp phế thải tại thùng chứa ...........................................63
Hình 3.3. Sơ đồ thí nghiệm hấp phụ theo mẻ............................................................69
Hình 3.4. Sơ đồ thí nghiệm xử lý nước thải sinh hoạt bằng hệ lọc sinh học cải tiến 71
Hình 4.1. Đồ thị xác định điểm tích điện khơng của vật liệu AAC ..........................77
Hình 4.2. Hình ảnh chụp bề mặt của AAC với bề mặt thô ráp và nhiều gợn sóng ...78
Hình 4.3. Dung lượng hấp phụ Cd của AAC theo thời gian .....................................79
Hình 4.4. Dung lượng hấp phụ Pb của AAC theo thời gian .....................................80
Hình 4.5. Dung lượng hấp phụ As của AAC theo thời gian .....................................80
Hình 4.6. Đồ thị dung lượng hấp phụ cực đại Cd của AAC với tỉ lệ 1/10................83
Hình 4.7. Đồ thị dung lượng hấp phụ cực đại As của AAC với tỉ lệ 1/10 ................83

Hình 4.8. Đồ thị dung lượng hấp phụ Pb theo nồng độ của AAC với tỉ lệ 1/10 .......84
Hình 4.9. Đồ thị dung lượng hấp phụ cực đại Pb (II) của AAC với với tỷ lệ 1/100 85
Hình 4.10. Đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ Cd của AAC ......................................86
Hình 4.11. Đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ P của AAC ........................................86
Hình 4.12. Đồ thị đường đẳng nhiệt hấp phụ As của AAC ......................................87
Hình 4.13. Đồ thị động học biểu kiến bậc nhất (a) và bậc hai (b) của quá trình hấp
phụ Cd .......................................................................................................................89


xii

Hình 4.14. Đồ thị động học biểu kiến bậc nhất (a) và bậc hai (b) của quá trình hấp
phụ As .......................................................................................................................90
Hình 4.15. Đồ thị động học biểu kiến bậc nhất (a) và bậc hai (b) của quá trình hấp
phụ Pb ........................................................................................................................90
Hình 4.16. Nồng độ Ca trong nước sau quá trình hấp phụ Pb ..................................94
Hình 4.17. Giá trị pH trước và sau hấp phụ KLN .....................................................95
Hình 4.18. Ảnh chụp bề mặt và thành phần vật liệu AAC sau hấp phụ Cd..............96
Hình 4.19. Ảnh chụp bề mặt và thành phần vật liệu AAC sau hấp phụ Pb ..............97
Hình 4.20. Ảnh chụp bề mặt và thành phần vật liệu AAC sau hấp phụ As ..............97
Hình 4.21. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng tới quá trình hấp phụ phốt phát .........100
Hình 4.22. Ảnh hưởng của nồng độ P tới dung lượng hấp phụ và hiệu quả xử lý .101
Hình 4.23. Phương trình Langmuir (a) và Fruendlich (b) mơ tả quả trình hấp phụ P
.................................................................................................................................102
Hình 4.24. Kết quả phân tích hình ảnh SEM và EDX. ...........................................103
Hình 4.25. Động học biểu kiến bậc nhất (a) và bậc hai (b) của quá trình hấp phụ
phốt phát lên vật liệu AAC......................................................................................104
Hình 4.26. Chỉ số COD trước và sau xử lý .............................................................108
Hình 4.27. Hiệu quả xử lý COD của từng bể và cả quá trình .................................109
Hình 4.28. Nồng độ N-NH4 trước và sau xử lý.......................................................110

Hình 4.29. Hiệu suất xử lý NH4-N qua từng bể và cả hệ thống theo các giai đoạn 111
Hình 4.30. Nồng độ TN trước và sau xử lý của hệ thống .......................................112
Hình 4.31. Hiệu suất loại bỏ TN của từng bể và cả hệ thống theo các giai đoạn ...113
Hình 4.32. Nồng độ TP trước và sau xử lý .............................................................114
Hình 4.33. Hiệu quả xử lý TP sau mỗi bể và cả hệ thống theo các giai đoạn ........114
Hình 4.34. pH của nước thải trước và sau xử lý .......................................................117
Hình 4.35. Mẫu nước trước và sau khi xử lý (tại ngày 155) ...................................118
Hình 4.36. Độ đục của mẫu nước trước và sau khi xử lý .......................................118
Hình 4.37. Vật liệu AAC trước và sau khi sử dụng cho XLNT (ảnh chụp ngày thứ
100)..........................................................................................................................119
Hình 4.38. Mơ hình XLNT sử dụng bê tông AAC để thu hồi P .............................122
Hình 4.39. Sơ đồ dây chuyền XLNT nhiễm KLN bằng bể lọc sử dụng AAC .......123
Hình 4.40. Dây chuyền xử lý nước thải sinh hoạt sử dụng bê tông thải AAC .......125


1

MỞ ĐẦU
1. Lý do lựa chọn đề tài.
Bảo vệ môi trường, quản lý bền vững tài nguyên là nền tảng, cơ sở cho sự phát
triển bền vững. Chương trình Nghị sự 2030 vì sự phát triển bền vững của Việt Nam
đặt mục tiêu nâng cao tỷ lệ xử lý nước thải (XLNT), kiểm sốt ơ nhiễm để bảo vệ,
cải thiện chất lượng nguồn nước, theo đó đến năm 2030, 100% nước thải nguy hại
được xử lý; giảm một nửa tỷ lệ nước thải đô thị chưa qua xử lý; cải thiện chất lượng
nước, kiểm sốt được các nguồn gây ơ nhiễm [23]. Điều này cho thấy cam kết mạnh
mẽ của Chính phủ trong việc tăng cường XLNT và từng bước từ giảm dần đến
chấm dứt tình trạng xả trực tiếp nước thải ra các nguồn tiếp nhận, bảo vệ và khai
thác bền vững tài nguyên nước. Tuy nhiên để thực hiện được những cam kết này,
trong một thời gian ngắn (đến năm 2030) thì cịn rất nhiều khó khăn, địi hỏi phải
huy động một nguồn lực rất lớn và quyết tâm hành động mạnh mẽ, hoặc phải có

những giải pháp tồn diện, phù hợp với điều kiện kinh tế cịn hạn chế của quốc gia
và các địa phương.
Hiện trạng XLNT của Việt Nam đã có cải thiện trong những năm vừa qua, tuy
nhiên tỷ lệ nước thải được xử lý vẫn ở mức thấp. Theo Cục Hạ tầng kỹ thuật, đến
năm 2020, 71 nhà máy xử lý nước thải đã đi vào hoạt động với gần 14% nước thải
sinh hoạt đô thị được thu gom và xử lý. Hiện nay, tỷ lệ bao phủ mạng lưới thốt
nước ở các đơ thị chỉ đạt khoảng 50% [9]. Tại các khu vực ngồi đơ thị như vùng
nơng thơn, các khu vực làng nghề sản xuất, tình trạng ơ nhiễm do xả trực tiếp nước
thải ra môi trường cũng hết sức nghiêm trọng và đáng báo động. Theo Báo cáo Hiện
trạng Môi trường quốc gia vừa được Bộ Tài nguyên và Môi trường cơng bố vào
giữa tháng 11/2021, chỉ có 16,1% làng nghề có hệ thống XLNT tập trung đạt yêu
cầu về bảo vệ môi trường. Tỷ lệ nước thải ở các khu vực nơng thơn được xử lý cịn
rất thấp (<10%) [4]. Nước thải không được xử lý, xả thải trực tiếp ra hệ thống kênh,
mương chung, gây ô nhiễm môi trường, tác động xấu tới cảnh quan và cộng đồng.


2

Quản lý nước thải tập trung là hình thức phổ biến tại các đơ thị, tuy nhiên hình
thức này gặp nhiều khó khăn trong việc vận hành do tốn kém về năng lượng, hóa
chất, chi phí quản lý vận hành, và đặc biệt gặp trở ngại trong việc phát triển các dự
án mới và thu xếp chuẩn bị nguồn vốn, tài chính. Theo Ngân hàng Phát triển Châu
Á - ADB [1], các nhà máy XLNT hiện đang hoạt động chủ yếu nằm tại các đô thị
và hầu hết hoạt động dựa trên các quy trình bùn hoạt tính, tiêu thụ nhiều năng
lượng. Một trong những trở ngại rất lớn để nâng cao mức độ bao phủ trong lĩnh vực
thoát nước và XLNT là vấn đề tài chính. Các nhà máy XLNT tập trung có quy mơ
cơng suất lớn, địi hỏi hệ thống thu gom hoàn chỉnh dẫn tới cần huy động nguồn vốn
lớn và thời gian chuẩn bị lâu dài, đây là rào cản lớn đối với nhiều địa phương, đặc
biệt là các khu vực vùng ven đô, nông thôn, các khu vực làng nghề nơi dân cư sống
phân tán và hệ thống thu gom khơng hồn chỉnh.

Quản lý nước thải phân tán là một giải pháp quan trọng, khắc phục những
nhược điểm và khoảng trống của quản lý nước thải tập trung - quy mơ lớn, giải
pháp này thích hợp cho nhiều đối tượng khác nhau với chi phí đầu tư ban đầu không
lớn, thời gian chuẩn bị ngắn, phù hợp điều kiện của cơ sở và có thể áp dụng các
cơng nghệ chi phí thấp, tận dụng các nguồn nguyên vật liệu địa phương. Các công
nghệ XLNT chi phí thấp sử dụng màng vi sinh vật dính bám trong các cơng trình
như bể lọc sinh học, cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, hào lọc, bãi lọc trồng cây đã
được áp dụng khá rộng rãi. Để nâng cao hiệu quả xử lý, đáp ứng các yêu cầu bảo vệ
môi trường, các hệ lọc cải tiến sử dụng vật liệu rỗng, vật liệu hấp phụ phốt phát đã
được nghiên cứu và áp dụng thành công trong quản lý nước thải phân tán tại các
nước Bắc Âu. Các cơng trình xử lý trong điều kiện tự nhiên thường có dung tích lớn
nên có nhu cầu sử dụng các nguồn vật liệu lọc (VLL) rất lớn, chính vì thế, để nhân
rộng các mơ hình này cần thiết phải có các nghiên cứu các loại VLL phù hợp với
nguồn cung lớn, chi phí thấp, đáp ứng yêu cầu XLNT.
Chất thải rắn xây dựng (CTRXD) đang phát sinh ngày càng gia tăng và chưa có
các giải pháp tái sử dụng và tái chế phù hợp. Lượng CTRXD chiếm khoảng 10 15% chất thải rắn (CTR) đô thị. Các đô thị, đặc biệt Hà Nội và thành phố Hồ Chí


3

Minh, CTRXD chiếm 20 - 25% CTR đô thị [3]. Phát sinh CTRXD ở Hà Nội đã
vượt quá 3.000 tấn/ngày [27]. Hình thức xử lý CTRXD phổ biến hiện nay là chôn
lấp chất thải tại các bãi chôn lấp được quy hoạch. Q trình chơn lấp chất thải sử
dụng một diện tích đất rất lớn, gây lãng phí tài nguyên. Bên cạnh đó, việc đổ thải
bất hợp pháp vẫn đang tồn tại làm ô nhiễm môi trường nghiêm trọng, cản trở các
dòng chảy, gây nguy cơ ngập úng. Tái sử dụng, tái chế CTRXD là xu hướng bền
vững trong bối cảnh các nguồn tài nguyên thiên nhiên đang dần cạn kiệt. Trên thế
giới, tại các quốc gia phát triển, CTRXD được coi là nguồn tài nguyên quan trọng.
Chúng được sử dụng làm nguyên liệu đầu vào để sản xuất các loại bê tơng tái chế,
bê tơng thốt nước và các loại vật liệu để xử lý các vấn đề môi trường. Tại Đức,

Đan Mạch, Hà Lan, Nhật Bản, Hàn Quốc, tỷ lệ tái chế, tái sử dụng CTRXD là rất
cao (trên 90% đến 100%). Vật liệu tái chế từ CTRXD được ứng dụng trong ngành
xây dựng, năng lượng và XLNT, từ đó giúp giảm chi phí, bảo vệ mơi trường và tiết
kiệm các nguồn tài nguyên. Tại Việt Nam, các nhà máy tái chế CTRXD vẫn chưa
phát triển đầy đủ, dẫn tới tỷ lệ tái sử dụng, tái chế thấp (khoảng 2%), điều này dẫn
tới phần lớn CTRXD được đổ thải, chôn lấp gây ra các hệ lụy về môi trường [63].
Nhận thấy tầm quan trọng và tiềm năng từ CTRXD, Chính phủ đã ban hành Quyết
định số 491/QĐ-TTg, phê duyệt điều chỉnh chiến lược quốc gia về quản lý tổng hợp
chất thải rắn đến năm 2025, tầm nhìn đến năm 2050, theo đó 90% tổng lượng
CTRXD phát sinh tại các đô thị được thu gom, xử lý đáp ứng u cầu bảo vệ mơi
trường, trong đó 60% được tái sử dụng hoặc tái chế thành các sản phẩm, vật liệu tái
chế bằng các công nghệ phù hợp [24].
Bê tông là thành phần quan trọng trong cơng trình xây dựng, chính vì thế bê
tơng thải cũng chiếm tỷ trọng lớn nhất trong CTRXD, các nghiên cứu gần đây cho
thấy bê tông chiếm tỷ trọng lên tới hơn 20% trong CTRXD [27, 81]. Trong những
năm gần đây, để giảm phát thải, bảo vệ môi trường, đồng thời trong xu hướng công
nghiệp hóa, cơ giới hóa của ngành xây dựng, bê tơng khí chưng áp (AAC) đang dần
được sử dụng để thay thế bê tông và gạch nung, vật liệu nung truyền thống. Công
suất các nhà máy sản xuất AAC đã lên tới 1,95 triệu m3/năm [19] và với xu hướng


4

cơng nghiệp hóa, cơ giới hóa trong xây dựng thì quy mô sản xuất và sử dụng AAC
sẽ ngày càng tăng trong tương lai. Lượng CTRXD phát sinh trong quá trình vận
chuyển, thi cơng xây dựng được ước tính chiếm khoảng 2-5% lượng vật liệu sử
dụng, chưa kể đến lượng phát thải từ các cơng trình phá dỡ sau này, chính vì thế
trong tương lai, lượng phát sinh CTRXD là bê tông AAC sẽ ngày càng gia tăng. Bê
tông AAC có nhiều đặc tính ưu việt như: thành phần hóa học có hàm lượng cao các
kim loại (Ca, Fe, Al, Mg, K,…), độ rỗng xốp, diện tích tiếp xúc lớn, vì thế vật liệu

này có thể tham gia vào các phản ứng trao đổi, hấp phụ phốt phát và các kim loại
nặng (KLN) như Cd, Pb,... Những đặc tính kỹ thuật này là cơ sở để sử dụng bê tông
thải AAC làm vật liệu hấp phụ chi phí thấp trong XLNT [66, 67, 69, 78, 101]. Bên
cạnh đó với độ rỗng xốp cao, bề mặt nhám, diện tích tiếp xúc lớn nên bê tơng AAC
có tiềm năng làm các giá thể mang vi sinh, VLL trong các cơng trình XLNT, đặc
biệt là các cơng trình cần nhiều VLL như cánh đồng tưới, cánh đồng lọc, hào lọc
hay bãi lọc trồng cây.
Tại Việt Nam, các nghiên cứu về tái sử dụng CTRXD, đặc biệt là bê tông thải,
chủ yếu mới chỉ tập trung vào tái sử dụng trong hoạt động xây dựng như làm vật
liệu san lấp, bê tông tái chế, chưa có nghiên cứu ứng dụng bài bản trong XLNT [26,
27]. Bê tơng thải AAC là vật liệu có nhiều đặc tính ưu việt hơn so với các vật liệu
truyền thống, có tiềm năng ứng dụng trong XLNT, nếu chỉ dùng cho san lấp sẽ là
lãng phí và chưa sử dụng hết tiềm năng của bê tơng AAC. Chính vì thế, việc nghiên
cứu XLNT sử dụng bê tông thải AAC là hết sức cần thiết, góp phần xử lý triệt để
các vấn đề môi trường, tận dụng được nguồn CTRXD giúp giảm chi phí, giảm khai
thác tài nguyên và bảo vệ mơi trường, góp phần thúc đẩy phát triển nền kinh tế tuần
hồn.
2. Mục đích nghiên cứu của luận án.
Chất thải rắn xây dựng phát sinh ngày càng gia tăng mà chưa có hướng tái sử
dụng, tái chế hợp lý dẫn tới lãng phí tài ngun và ơ nhiễm mơi trường. Mục tiêu
của luận án là chứng minh khả năng ứng dụng bê tông thải AAC trong XLNT, đặc


5

biệt phát triển các hướng áp dụng để xử lý các đối tượng ô nhiễm và thu hồi tài
nguyên trong nước thải, từ đó nâng cao hiệu quả và tỷ lệ XLNT, tăng tỷ lệ tái sử
dụng CTRXD, hướng tới lợi ích kép trong quản lý, tái sử dụng CTRXD và XLNT,
đồng thời giúp giảm khai thác tài nguyên, bảo vệ nguồn nước và thúc đẩy phát triển
nền kinh tế tuần hoàn.

Các mục tiêu cụ thể của luận án bao gồm:
1) Đánh giá khả năng loại bỏ các chất ô nhiễm như kim loại nặng (Pb, Cd, As),
chất dinh dưỡng (phốt phát) trong nước thải của AAC bằng phương pháp hấp
phụ, bao gồm đánh giá khả năng hấp phụ, cơ chế hấp phụ và các yếu tố ảnh
hưởng đến quá trình.
2) Đánh giá được hiệu quả XLNT bằng hệ lọc sinh học sử dụng bê tông thải
AAC làm vật liệu mang vi sinh, vật liệu hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng
đến quá trình xử lý.
3) Đánh giá khả năng tái sử dụng bê tông thải AAC trong XLNT, đề xuất các
mơ hình XLNTsử dụng CTRXD áp dụng cho quản lý nước thải phân tán.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án.
-

Đối tượng nghiên cứu là vật liệu bê tơng khí chưng áp AAC, khả năng
XLNT sử dụng AAC, nước thải sinh hoạt, nước thải chứa KLN, nước thải có
hàm lượng phốt pho cao.

-

Phạm vi nghiên cứu là xử lý các KLN (Pb, Cd, As), các chất hữu cơ, chất
dinh dưỡng trong nước thải sử dụng CTRXD là bê tơng khí chưng áp AAC.

4. Cơ sở khoa học của luận án.
Các chất ơ nhiễm chính trong nước thải bao gồm các chất không tan (cặn bẩn)
và các chất tan (chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, các KLN...). Tương ứng với đặc
trưng, thành phần ô nhiễm trong nước thải sẽ có các phương pháp xử lý hiệu quả
như: phương pháp keo tụ - lắng - lọc loại bỏ cặn bẩn, phương pháp xử lý sinh học
để loại bỏ chất hữu cơ, chất dinh dưỡng, phương pháp hấp phụ để loại bỏ các KLN,



6

các chất độc hại khác... Các giải pháp XLNT luôn được nghiên cứu để áp dụng phù
hợp với các đối tượng nước thải, hướng tới đạt được hiệu quả xử lý cao, chi phí xây
dựng và quản lý vận hành thấp, sử dụng được các vật liệu địa phương, tái sử dụng
nước thải sau xử lý và thu hồi tài ngun.
Dựa trên đặc tính kỹ thuật về thành phần hóa học, độ rỗng xốp, diện tích bề mặt
của AAC có tiềm năng làm chất hấp phụ và vật liệu mang vi sinh, luận án tiến hành
nghiên cứu XLNT sử dụng bê tông AAC theo các phương pháp gồm:
-

Phương pháp hấp phụ để xử lý các KLN và phốt phát trong nước thải dựa
trên các đặc tính kỹ thuật đặc trưng của AAC là vật liệu có tính kiềm, thành
phần gồm nhiều kim loại (Ca, Fe, Al,...), diện tích bề mặt lớn, mang điện tích
âm nên có khả năng hấp phụ các KLN (Pb, Cd, As);

-

Phương pháp xử lý sinh học sử dụng màng vi sinh vật dính bám để xử lý các
chất hữu cơ, dinh dưỡng trong nước thải dựa trên đặc tính của AAC là vật
liệu rộng xốp, diện tích bề mặt lớn nên thuận lợi cho việc phát triển các màng
vi sinh vật dính bám lên vật liệu và dựa trên khả năng hấp phụ phốt phát của
vật liệu AAC.

Việc kết hợp hai phương pháp này để xử lý các đối tượng ô nhiễm trong nước
thải bằng vật liệu bê tơng thải AAC, trong đó nghiên cứu đánh giá sâu đặc tính kỹ
thuật, cơ chế, dung lượng hấp phụ, khả năng mang vi sinh của vật liệu, hướng tới
mục tiêu XLNT hiệu quả và bền vững là hướng nghiên cứu mới, có cơ sở khoa
học và thực tiễn. Các kết quả nghiên cứu của luận án là cơ sở để đề xuất các mơ
hình XLNT phân tán và có chi phí thấp, phù hợp cho các khu vực nông thôn, làng

nghề; giúp tăng tỷ lệ XLNT và bảo vệ nguồn nước, đồng thời tăng khả năng ứng
dụng, tái sử dụng CTRXD, hướng tới quản lý bền vững nước thải, chất thải phục vụ
các mục tiêu phát triển bền vững.
5. Nội dung nghiên cứu của luận án.
1) Tổng quan thành phần, tính chất, đặc tính kỹ thuật CTRXD, bê tơng khí
chưng áp AAC. Các nghiên cứu về XLNT sử dụng AAC. Tổng quan các đối


7

tượng chất ơ nhiễm trong nước thải có thể xử lý bằng vật liệu AAC, các cơng
trình XLNT có thể vật liệu AAC.
2) Nghiên cứu đánh giá khả năng, dung lượng, cơ chế hấp phụ KLN (Pb, Cd,
As) và phốt pho của bê tông thải AAC.
3) Nghiên cứu đánh giá khả năng mang vi sinh của bê tông thải AAC.
4) Nghiên cứu đánh giá hiệu quả XLNT của hệ lọc sử dụng bê tông thải AAC
5) Nghiên cứu đánh giá tiềm năng thu hồi phốt pho từ nước thải bằng việc sử
dụng bê tông thải AAC để XLNT.
6) Nghiên cứu đề xuất dây chuyền XLNT sử dụng bê tông thải AAC.
6. Phương pháp nghiên cứu của luận án.
Trên cơ sở mục tiêu đề ra, luận án áp dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
1) Phương pháp thu thập tài liệu, phương pháp kế thừa: Tổng hợp và phân tích
các tài liệu, số liệu về đặc tính nước thải, thành phần và tính chất CTRXD ở
Việt Nam. Tổng quan, đánh giá các kết quả nghiên cứu đã đạt được về sử
dụng CTRXD để XLNT, làm cơ sở xây dựng các nội dung nghiên cứu của
luận án.
2) Phương pháp khảo sát thực địa: Khảo sát hiện trường phát sinh nước thải,
chất thải, lấy mẫu, đánh giá đặc tính nước thải, CTRXD.
3) Phương pháp nghiên cứu phân tích thực nghiệm: Xây dựng các thí nghiệm
theo mẻ, thí nghiệm liên tục, lắp đặt và vận hành mơ hình thử nghiệm XLNT

sử dụng CTRXD; Lấy mẫu phân tích các thơng số đặc trưng của nước thải
theo tiêu chuẩn hiện hành; Theo dõi quá trình xử lý, phân tích các kết quả thu
được.
4) Phương pháp phân tích thống kê: Áp dụng phương pháp thống kê tốn để xử
lý kết quả thí nghiệm.


8

5) Phương pháp đối chiếu so sánh: Tiến hành đối chiếu và so sánh các kết quả
nghiên cứu của luận án với các kết quả nghiên cứu liên quan trong và ngoài
nước.
6) Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia: Tiến hành tổ chức hội thảo khoa học lấy
ý kiến nhận xét đánh giá của các chuyên gia về luận án, làm cơ sở để chỉnh
sửa hoàn thiện luận án.
7. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án.
a. Ý nghĩa khoa học của luận án
-

Xác định được đặc tính kỹ thuật của một số loại CTRXD (AAC) thích hợp để
xử lý và loại bỏ một số chất ô nhiễm trong nước thải.

-

Xác định được dung lượng hấp phụ, cơ chế hấp phụ một số KLN (Pb, Cd,
As,...) và phốt phát của bê tông AAC.

-

Xây dựng và đánh giá được hiệu quả XLNT của mơ hình hệ lọc sinh học tiếp

xúc, sử dụng vật liệu AAC theo các thông số chính gồm: COD, N-NH4, TN,
TP, pH,....

-

Đánh giá tiềm năng thu hồi phốt pho từ nước thải nhờ sử dụng AAC để
XLNT.

b. Ý nghĩa thực tiễn của luận án
-

Đề xuất các dây chuyền xử lý KLN, phốt pho trong nước thải, dây chuyền
XLNT sinh hoạt bằng hệ lọc sinh học sử dụng bê tông AAC.

-

Kết quả nghiên cứu của đề tài luận án có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng
cao khả năng tái sử dụng của CTRXD trong XLNT, mở ra hướng tiếp cận
mới trong việc XLNT bền vững, sử dụng các vật liệu tái chế và có chi phí
thấp từ CTRXD.

-

Kết quả nghiên cứu của luận án là nguồn tài liệu tham khảo cho đào tạo và
nghiên cứu khoa học trong lĩnh vực môi trường.


9

8. Những đóng góp mới của luận án.

a. Xác định được đặc tính và tiềm năng tái sử dụng của AAC trong XLNT.
Bê tơng AAC mang đặc tính của vật liệu silicat canxi, AAC có thành phần giàu
kim loại (Ca, Fe, Al, Mg, K), độ rỗng xốp cao (77-80%), diện tích bề mặt lớn (>20
m2/g). Bê tơng AAC có điểm trung hịa điện tích pHpzc ở khoảng pH 5, vì thế trong
mơi trường kiềm, AAC mang điện tích âm nên có khả năng thu hút các ion dương
trong nước. Với các đặc tính kỹ thuật trên, AAC có tiềm năng để sử dụng làm vật
liệu hấp phụ và giá thể mang vi sinh trong các cơng trình XLNT.
b. Xác định, đánh giá được khả năng hấp phụ KLN (Pb, Cd, As) và phốt phát của
bê tông thải AAC thông qua việc xác định các thông số động học hấp phụ, dung
lượng hấp phụ cực đại, cơ chế quá trình hấp phụ và các yếu tố ảnh hưởng.
-

Quá trình hấp phụ Pb(II), Cd(II), As(V), phốt phát của vật liệu AAC tuân theo
mơ hình đẳng nhiệt Langmuir và Fruendlich. Hằng số hấp phụ theo mơ hình
Langmuir b (L/mg) khi hấp phụ Cd(II) là: 0,0641-0,270; As(V): 0,0016-0,0018;
Pb(II): 0,0022-0,0034; phốt phát: 2,8092-4,8836. Hằng số hấp phụ theo mơ hình
Fruendlich Kf (mg/g) khi hấp phụ Cd(II) là: 1,222-1,507; As(V): 0,0130-0,0215;
Pb(II): 11,965-16,990; phốt phát: 0,612-0,702.

-

Mơ hình động học hấp phụ biểu kiến bậc hai là mô hình mơ tả tốt nhất cho q
trình hấp phụ Pb(II), Cd(II), As(V), phốt phát của vật liệu AAC. Hệ số động học
hấp phụ bậc 1 K1 (phút-1) khi hấp phụ Cd(II) là: 0,0035-0,0076; As(V): 0,002070,00253; Pb(II): 0,1716-0,1769; phốt phát: 0,0042-0,0051. Hệ số động học hấp
phụ bậc 2 K2 (g/mg.phút) khi hấp phụ Cd(II) là: 0,0016-0,0028; As(V): 0,025430,0922; Pb(II): 0,802-0,991; phốt phát: 0,0548-0,0863.

-

Thời gian hấp phụ cân bằng của Pb(II) chỉ khoảng 0,5 giờ, trong khi đó với
Cd(II) và As(V) là 16-24 giờ, thời gian hấp phụ cân bằng với phốt phát là

khoảng 6 giờ. Ở điều kiện thí nghiệm Rắn : Lỏng (R:L) = 1:100, dung lượng hấp
phụ cực đại của AAC với Pb(II) cao nhất đến 250 mg/g, còn ở tỷ lệ R:L = 1:10,
dung lượng hấp phụ cực đại Cd(II) là 9,2 mg/g và cao hơn As(V) là 2,2 mg/g,


10

dung lượng hấp phụ cực đại của phốt phát lên AAC đạt đến 1,1 mg P/g (tại điều
kiện thí nghiệm R:L = 1:25). Khi xử lý đồng thời các Pb(II) và Cd(II) thứ tự ưu
tiên, hiệu quả xử lý Pb(II) > Cd(II).
c. Đánh giá được khả năng XLNT của hệ lọc sử dụng bê tơng thải AAC (bể lọc
dịng chảy thẳng đứng nhỏ giọt → bể lọc dòng chảy ngầm → bể lọc tiếp xúc dòng
chảy ngầm), bao gồm: hiệu quả xử lý, chế độ vận hành tối ưu, phân tích cơ chế
q trình xử lý.
-

Hệ thống lọc sinh học tiếp xúc sử dụng vật liệu AAC vận hành với lưu lượng Q
= 10-20 L/ngày, thời gian lưu nước từ 20-40 giờ, lưu lượng tuần hồn từ 0-130%
có phạm vi hiệu quả loại bỏ COD là 60-94%, TN = 22–71%, NH4-N = 31-99%,
và TP = 73–100%. Chế độ hoạt động tốt nhất của hệ thống ứng với thời gian lưu
nước từ 26-40 giờ, lưu lượng tuần hoàn từ 80-130%, lúc này hiệu suất xử lý
COD, NH4-N > 90%, TN > 60% và T P> 90%, hàm lượng cặn, độ đục thấp.

-

Bê tông thải AAC tạo ra môi trường kiềm, với pH của các bể trong khoảng 88,5, từ đó tạo thuận lợi cho quá trình xử lý các chất dinh dưỡng (N, P) trong
nước thải.

9. Cấu trúc của luận án
Ngoài phần mở đầu, kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo, phụ lục, luận án

gồm 4 chương chính:
Chương 1: Tổng quan về các vấn đề nghiên cứu
Chương 2: Cơ sở khoa học quá trình xử lý nước thải bằng bê tông thải AAC
Chương 3: Phương pháp nghiên cứu
Chương 4: Kết quả và thảo luận.


11

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.1. Tổng quan về chất thải rắn xây dựng và bê tơng khí chưng áp AAC
1.1.1. Tổng quan về chất thải rắn xây dựng tại Việt Nam
Sự phát triển của ngành xây dựng đã phát sinh một lượng lớn chất thải rắn xây
dựng. Theo báo cáo Hiện trạng Môi trường quốc gia (BTNMT, 2019), khối lượng
CTRXD chiếm khoảng 10 - 15% CTR đô thị. Tại thành phố Hà Nội và thành phố
Hồ Chí Minh, CTRXD chiếm 25% CTR đơ thị [3]. Theo Ngô Kim Tuân và CS
[27], phát sinh CTRXD ở Hà Nội đã vượt quá 3.000 tấn/ngày, các thành phần chính
của CTRXD là “Đất, Cát, Đá sỏi”, “Khối gạch và khối xây dựng” và “Bê tông”, và
các loại khác bao gồm kim loại, nhựa, và gỗ như trong Hình 1.1.

Gạch và khối
xây dựng,
31%

Bê tơng, 23%

Kim loại và
nhựa, 10%
Đất, cát, sỏi,
36%


Hình 1.1. Các thành phần CTRXD điển hình ở Việt Nam
Phương pháp xử lý CTRXD phổ biến nhất hiện nay ở Việt Nam là đổ thải tại
các bãi chôn lấp. Trong thành phần của CTRXD, bê tông thường chiếm một tỷ
trọng tương đối cao. Các nghiên cứu gần đây báo cáo tỷ lệ bê tông trong chất thải
xây dựng là khoảng 23% đến 32% [27, 59]. Gần đây nhất, Nguyễn và CS [81] công
bố kết quả khảo sát thành phần CTRXD tại hai bãi chơn lấp Thanh Trì và Vĩnh
Quỳnh cho thấy thành phần phế thải bê tông lần lượt chiếm đến 39,6% và 53,8%.