BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN VĂN HANH

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIÀU CACBON VÀ NITƠ
BẰNG CÔNG NGHỆ MBBR

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

HÀ NỘI – 2017


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN VĂN HANH

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIÀU CACBON VÀ NITƠ
BẰNG CÔNG NGHỆ MBBR

Chuyên ngành : Kỹ thuật mơi trường

LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT MƠI TRƯỜNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

PGS.TS ĐẶNG XUÂN HIỂN

HÀ NỘI – 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả các thầy giáo, cô giáo Viện
công nghệ môi trường - Trường Đại Học Bách khoa Hà Nội. Trong suốt thời gian
học tập và nghiên cứu tại trường, các thầy cơ đã tận tình giảng dạy, truyền đạt
những tri thức quý báu giúp tác giả hoàn thành chương trình đào tạo và Luận
văn thạc sĩ.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến PGS.TS Đặng Xuân Hiển
trường Đại Học Bách khoa Hà Nội đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình
nghiên cứu khoa học.
Và cuối cùng, xin được biết ơn cha mẹ, anh em trong gia đình, biết ơn tất
cả các anh chị, các bạn lớp cao học Kỹ thuật Môi Trường trường Đại Học Bách
khoa Hà Nội đã động viên, giúp đỡ, đồng hành trong suốt hai năm học vừa qua
và trong quá trình thực hiện luận văn.
Tác xin cam đoan Luận văn thạc sĩ được thực hiện đúng hướng dẫn của
Trường Đại học bách khoa Hà Nội và thầy hướng dẫn PGS.TS. Đặng Xuân Hiển.
Trân trọng cảm ơn !
Hà Nội, ngày

tháng 5 năm 2017

Nguyễn Văn Hanh

i



MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...................................................................................................... i
MỤC LỤC ................................................................................................................. ii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ iv
DANH MỤC BẢNG ..................................................................................................v
DANH MỤC HÌNH ................................................................................................. vi
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN .....................................................................................3
1.1. Tổng quan về nước thải giầu chất cacbon và nitơ cần nghiên cứu .....................3
1.1.1. Một số loại nước thải giàu cacbon và nito ....................................................3
1.1.2. Ảnh hưởng của nước thải giàu chất hữu cơ và nitơ đến mơi trường ............8
1.2. Q trình vi sinh xử lý chất hữu cơ và nitơ trong nước thải ................................9
1.2.1. Cơ chế loại bỏ các hợp chất hữu cơ trong nước ...........................................9
1.2.2. Cơ chế của quá trình nitrat hố ...................................................................10
1.2.3. Cơ chế của q trình khử nitrat...................................................................12
1.3. Một số phương pháp xử lý chất hữu cơ và nitơ trong nước thải ........................15
1.3.1. Phương pháp thiếu khí – hiếu khí truyền thống..........................................15
1.3.2. Phương pháp lọc sinh học thiếu khí – hiếu khí...........................................17
1.3.3. Phương pháp SBR.......................................................................................18
1.4. Xử lý nước thải giàu cacbon và nitơ bằng công nghệ MBBR ...........................19
1.4.1. Tổng quan về công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) ............19
1.4.2.Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý bằng cơng nghệ MBBR ............24
1.4.3.Tình hình nghiên cứu cơng nghệ ngoài nước và trong nước ......................28
CHƢƠNG 2. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM XỬ LÝ NƢỚC THẢI GIÀU
CACBON VÀ NITƠ BẰNG CÔNG NGHỆ MBBR ............................................34
2.1. Mục tiêu nghiên cứu ..........................................................................................34
2.2. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................34
2.2.1. Nước thải ....................................................................................................34
2.2.2.Giá thể di động .............................................................................................35
2.2.3. Mơ hình nghiên cứu ....................................................................................36

2.3. Nội dung thực nghiệm ........................................................................................41
2.4. Phương pháp nghiên cứu ....................................................................................46
2.4.1 Phương pháp hồi cứu ...................................................................................46
2.4.2. Phương pháp thí nghiệm và phân tích ........................................................46
2.4.3. Phương pháp nghiên cứu mơ hình ..............................................................47

ii


2.4.4. Phương pháp xử lý số liệu ..........................................................................47
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .........................................................48
3.1. Kết quả vận hành thí nghiệm thích nghi............................................................48
3.1.1. Chỉ số DO ...................................................................................................48
3.1.2. Chỉ số pH ....................................................................................................49
3.1.3. Chỉ số MLSS ...............................................................................................50
3.1.4. Diễn biến sự biến đổi chỉ số COD ..............................................................51
3.2 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN .............................................52
3.2.1. Kết quả loại bỏ COD ..................................................................................52
3.2.2. Kết quả loại bỏ TN......................................................................................52
3.2.3. Chỉ số MLSS ...............................................................................................53
3.2.4. Sự chuyển hóa N-NO2 + N-NO3 .................................................................54
3.2.5. Hiệu suất xử lý COD, tổng N và NH3.........................................................55
3.3 Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tải trọng COD và TN ..................................56
3.3.1. Kết quả loại bỏ COD ..................................................................................56
3.3.2. Kết quả loại bỏ TN......................................................................................57
3.3.3. Chỉ số MLSS ...............................................................................................58
3.3.4. Sự chuyển hóa N-NO3 và N-NO2 ...............................................................59
3.3.5. Hiệu suất xử lý COD, tổng N và NH3.........................................................60
3.4. Kết quả nghiên cứu tính ổn định của thiết bị .....................................................61
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ...............................................................................62

DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ ..................................64
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................65
PHẦN PHỤ LỤC.....................................................................................................67

iii


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

TT

Ký hiệu

Tiếng anh

Tiếng việt

Biochemical Oxygen Demand
5 days

Nhu cầu oxy sinh hoá 5 ngày

1

BOD5

2

BTNMT


3

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hố học

4

DO

Dissolved Oxygen

Oxy hịa tan

5

F/M

Food/Microorganism

Tỉ số cơ chất/vi sinh

6

HRT

Hydraulic Retention Time


Thời gian lưu nước thuỷ lực

7

MBBR

Moving bed biofilm reactor

Bể phản ứng màng sinh học
với giá thể chuyển động

8

MLSS

Mixed Liquor Suspended
Solids

Hàm lượng chất rắn lơ lửng

9

MLVSS

Mixed Liquor Volatile
Suspended Solids

Hàm lượng chất rắn bay hơi

10


OLR

Organic loading rate

Tải lượng chất hữu cơ

11

QCVN

12

SRT

Sludge retention time

Thời gian lưu bùn

13

TSS

(otal Suspended Solid

Tổng chất rắn lơ lửng

14

SVI


Sludge volume index

Chỉ số thể tích bùn

Bộ tài nguyên môi trường

Quy chuẩn Việt Nam

iv


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt chưa xử lý ..............4
Bảng 1.2. Chất lượng nước thải theo điều tra tại các trại chăn nuôi tập trung ..........5
Bảng 1.3. Thành phần chất ô nhiễm trong nước thải chế biến cao su .......................6
Bảng 1.4. Thành phần trung bình chất ơ nhiễm trong nước thải giết mổ gia súc ......7
Bảng 1.5. Thành phần nước thải chế biến thủy sản ...................................................8
Bảng 1.6. Các phản ứng chuyển hóa sinh học của nitơ trong nước .........................14
Bảng 1.7. Thơng số các loại giá thể .........................................................................22
Bảng 2.1. Tính chất nước thải nghiên cứu ...............................................................34
Bảng 2.2. Thông số đặc trưng của giá thể sử dụng trong đề tài ................................35
Bảng 2.3. Các thơng số kiểm sốt ............................................................................40
Bảng 2.4. Thơng số vận hành thí nghiệm thích nghi ...............................................42
Bảng 2.5.Thơng số thí nghiệm 1 ở tỷ lệ COD/TN = 3/1 ...........................................43
Bảng 2.6.Thơng số thí nghiệm 1 ở tỷ lệ COD/TN = 4/1 ...........................................43
Bảng 2.7.Thông số thí nghiệm 1 ở tỷ lệ COD/TN = 5/1 ...........................................44
Bảng 2.8. Thơng số thí nghiệm 2 ..............................................................................44
Bảng 2.9.Thơng số thí nghiệm 3 ...............................................................................46
Bảng 2.10. Các phương pháp phân tích mẫu ............................................................47


v


DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Thành phần các chất trong nước thải sinh hoạt ...........................................3
Hình 1.2. Cơng nghệ thiếu – hiếu khí xử lý đồng thời các chất hữu cơ và nitơ .......16
Hình 1.3. Sơ đồ hoạt động của bể SBR.....................................................................18
Hình 1.4. Mơ tả q trình xử lý của bể MBBR ........................................................20
Hình 1.5. Các loại giá thể K1, K2, K3, Biofilm Chip M và Natrix ..........................21
Hình 1.6. Sự phát triển của lớp màng biofilm ở bên ngồi ít hơn bên trong ............23
Hình 1.7. Nồng độ của chất nền theo chiều sâu lớp màng ........................................24
Hình 1.8. Lớp biofilm dính bám trên bề mặt giá thể................................................26
Hình 1.9. Các ứng dụng khác nhau của hệ thống xử lý bằng phương pháp MBBR .27
Hình 2.1. Giá thể di động kiểu K3 ...........................................................................35
Hình 2.2. Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ của mơ hình nghiên cứu .............................36
Hình 2.3. Sơ đồ bố trí mơ hình .................................................................................37
Hình 2.4. Mơ hình thực tế .........................................................................................38
Hình 2.5. Kích thước bể lắng, bể thiếu khí và bể hiếu khí.......................................39
Hình 2.6. Bơm định lượng ........................................................................................39
Hình 2.7.Mơ tơ khuấy ...............................................................................................40
Hình 2.8. Máy thổi khí RESUN ...............................................................................40
Hình 2.9. Các nội dung nghiên cứu thực hiện...........................................................41
Hình 3.1. Sự biến đổi chỉ số DO trong q trình thí nghiệm thích nghi ...................48
Hình 3.2. Sự biến đổi chỉ số pH trong q trình thí nghiệm thích nghi ....................49
Hình 3.3. Sự biến đổi chỉ số MLSS trong q trình thí nghiệm thích nghi ..............50
Hình 3.4. Sự biến đổi chỉ số COD trong q trình thí nghiệm thích nghi ................51
Hình 3.5. Hiệu quả xử lý COD khi thay đổi tỷ lệ COD/TN .....................................52
Hình 3.6. Hiệu quả xử lý TN khi thay đổi tỷ lệ COD/TN ........................................52
Hình 3.7. Chỉ số MLSS ở các tỷ lệ COD/TN khác nhau ..........................................53

Hình 3.8. Sự chuyển hóa N-NO2 + N-NO3 ở các tỷ lệ COD/TN khác nhau ............54
Hình 3.9. Hiệu xuất xử lý COD, TN và NH3 khi thay đổi tỷ lệ COD/TN ................55
Hình 3.10. Hiệu quả xử lý COD khi thay đổi tải trọng COD và TN ........................56
Hình 3.11. Hiệu quả xử lý TN khi thay đổi tải trọng COD và TN ...........................57
Hình 3.12. Tải trọng xử lý TN khi thay đổi tải trọng COD và TN ...........................58
Hình 3.13. chỉ số MLSS thay đổi tải trọng COD và TN ...........................................58
Hình 3.14. Sự chuyển hóa N-NO3 và N-NO2 khi thay đổi tải trọng COD và TN ....59
Hình 3.15. Hiệu xuất xử lý COD, TN và NH3 khi thay đổi tải trọng COD:TN .......60
Hình 3.16. Tính ổn định của hiệu suất xử lý TN và COD ........................................61

vi


MỞ ĐẦU
Phương pháp sinh học với giá thể di động (MBBR) đã được phát triển ở
Nauy từ thập niên 80. MBBR đạt được hiệu quả xử lý sinh học cao cơ bản dựa trên
sự kết hợp giữa hai quá trình màng sinh học và q trình bùn hoạt tính, trong đó vi
sinh vật phát triển trên bề mặt các hạt nhựa polyetylen (đệm) lơ lửng trộn lẫn với
nước thải trong bể phản ứng. Khơng khí cấp vào bể vừa để cung cấp ôxy cho vi sinh
vật sử dụng vừa là động lực cho các đệm chuyển động trong bể (các đệm plastic
nhẹ, có khối lượng riêng xấp xỉ khối lượng riêng của nước). Cơng nghệ MBBR có
khả năng xử lý hiệu quả rất cao đối với các nước thải có mức độ ô nhiễm hữu cơ và
nitơ cao.
Ngày nay cùng với vấn đề gia tăng dân số và các hệ quả kèm theo nó đối với
mơi trường rất lớn. Trong đó nước thải sinh hoạt và các ngành cơng nghiệp chế biến
thực phẩm, chăn nuôi gia súc gia cầm, …gia tăng cũng đặt ra thách thức cho các
nhà môi trường. Hiện nay các nhà máy xử lý nước thải đang đối mặt với vấn đề phải
mở rộng quy mô do sự tăng lên đáng kể của lưu lượng nước thải và tải trọng hữu
cơ.... Tuy nhiên các nhà máy có thể thay đổi công nghệ sử dụng để đáp ứng được
nhu cầu xử lý. Một trong những công nghệ mới được nghiên cứu là công nghệ

Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR).
Yếu tố quan trọng nhất trong cơng nghệ MBBR chính là khả năng xử lý nước
thải của lớp màng vi sinh bám dính trên giá thể sinh học. Lớp màng sinh học là
quần thể các vi sinh vật phát triển trên bề mặt giá thể. Chủng loại vi sinh vật trong
màng sinh học tương tự như đối với hệ thống xử lý bùn hoạt tính lơ lửng. Màng
sinh học có thể bao gồm bất kỳ loại vi sinh vật, bao gồm tảo, nấm, vi khuẩn và động
vật nguyên sinh trong hầu hết các màng sinh học tự nhiên, bao gồm các các cộng
đồng vi khuẩn phức tạp với nhiều lồi.
Vì vậy, vấn đề nghiên cứu công nghệ MBBR xử lý nước thải giàu cacbon và
nito là hết sức cần thiết. Nội dung của đề tài là nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý
nước thải giàu hợp chất hữu cơ và nitơ bằng sự kết hợp giữa công nghệ sinh học
thiếu khí và hiếu khí có sử dụng giá thể di động K3 ở các tải trọng hữu cơ, tải trọng

1


nitơ đến hiệu suất xử lý COD và nitơ (1,0 kgCOD/m3/ngày.đêm và 0,2
kgN/m3/ngày.đêm; 1,25 kgCOD/m3/ngày.đêm và 0,25 kgN/m3/ngày.đêm; 1,5
kgCOD/m3/ngày.đêm và 0,3 kgN/m3/ngày.đêm). Dựa trên những kết quả đạt được,
rút ra được ưu điểm, nhược điểm của q trình để góp phần ứng dụng trong thực tế
xử lý nước thải giàu cac bon và nitơ và làm căn cứ khoa học trong việc ứng dụng
công nghệ xử lý nước thải bằng công nghệ MBBR.

2


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về nƣớc thải giầu chất cacbon và nitơ cần nghiên cứu
1.1.1. Một số loại nƣớc thải giàu cacbon và nito

a. Nƣớc thải sinh hoạt
Nước thải được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người, một số
hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện, trường học, nhà ăn,…cũng tạo ra
các loại nước thải có thành phần và tính chất nước thải giàu cacbon và nitơ.
+ Thành phần nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt chứa nhiều chất hữu cơ dễ bị phân hủy sinh học, ngồi
ra cịn có các thành phần vơ cơ, vi sinh vật và vi trùng gây bệnh rất nguy hiểm. Ở
những khu dân cư tập trung, điều kiện vệ sinh thấp kém, nước thải sinh họat không
được xử lý triệt để sẽ là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm
trọng. Mức độ ô nhiễm phụ thuộc vào loại chất ô nhiễm, nồng độ của các chất ô
nhiễm.
Thành phần các chất trong nước thải sinh hoạt được trình bày trong hình
dưới .
Nước thải sinh hoạt

99,9% là nước

0,1% các chất rắn

50 – 70% là chất hữu cơ

25% là
cacbonhydrat

65% là
protein

10% là
các chất béo


Phục vụ

Cát

Muối

Kim loại

Hình 1.1. Thành phần các chất trong nƣớc thải sinh hoạt [10.1]
Chất lượng nước thải sinh hoạt chưa xử lý thông qua một số chỉ tiêu ô
nhiễm đặc trưng theo bảng 1.1.

3


Bảng 1.1. Nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc thải sinh hoạt chƣa xử lý [11]

Đơn vị

Đậm
đặc
4,5-9

Loại nƣớc thải
Vừa
Loãng
phải
4,5-9
4,5-9


BOD5

mg/l

350

250

150

100

3

COD

mg/l

740

530

320

210

4

mg/l


100

70

40

30

5

Dầu mỡ, chất
béo
Tổng P

mg/l

23

16

10

4

6

Tổng N

mg/l


50

30

18

12

7

SS

mg/l

450

300

190

120

8

Tổng Coliform

MPN/100ml

-


-

-

-

TT

Tên chỉ tiêu

1

pH

2

Rất
loãng
4,5-9

b. Nƣớc thải chăn nuôi
Nước thải chăn nuôi là một loại nước thải rất đặc trưng và có khả năng gây ơ
nhiễm mơi trường cao do có chứa hàm lượng cao các chất hữu cơ, cặn lơ lửng, N, P
và VSV gây bệnh. Theo kết quả điều tra đánh giá hiện trạng môi trường của Viện
chăn nuôi (2006) [7],tại các cơ sở chăn nuôi lợn có quy mơ tập trung thuộc Hà Nội,
Hà Tây, Ninh Bình, Nam Định, Quảng Nam, Bình Dương, Đồng Nai cho thấy đặc
điểm của nước thải chăn nuôi:
Các chất hữu cơ: Hợp chất hữu cơ chiếm 70 – 80% bao gồm cellulose,
protit, acid amin, chất béo, hidrat carbon và các dẫn xuất của chúng, thức ăn thừa.
Hầu hết các chất hữu cơ dễ phân hủy, ngồi ra cịn có các chất khó phân hủy sinh

học: các hợp chất hydrat carbon, hợp chất vòng thơm, hợp chất đa vòng, hợp chất
chứa clo hữu cơ. Các chất vô cơ chiếm 20 – 30% gồm cát, đất, muối, ure,
ammonium, muối chlorua, SO42-…
N và P: Khả năng hấp thụ N và P của các loài gia súc, gia cầm rất kém, nên
khi ăn thức ăn có chứa N và P thì chúng sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu.
Trong nước thải chăn nuôi lợn thường chứa hàm lượng N và P rất cao. Hàm lượng
TN = 200 – 350 mg/l trong đó N-NH4+ chiếm khoảng 80 – 90%; TP = 60 – 100
mg/l.

4


Sinh vật gây bệnh: Nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus và
trứng ấu trùng giun sán gây bệnh.
Bảng 1.2. Chất lƣợng nƣớc thải theo điều tra tại các trại chăn ni tập trung [7]
Chỉ
tiêu
kiểm

Đơn

Trại

vị

Đan
Phuợng

tra


TTNC
Lợn

Trại lợn
Tam

Thụy

Điệp

Phƣơng

Trại
Cty
Gia
Nam

Trại
Hồng
Điệp

Trung
bình

pH

-

7,15


7,26

7,08

6,78

6,83

7,02 ± 0,24

BOD5

mg/l

1339

1081

882

783

1221

1061 ± 278

COD

mg/l


3398

2225

1925

1252

2825

TDS

mg/l

4813

4568

3949

4013

4720

4413 ± 400

Tổng P

mg/l


99,4

80,2

69,4

57,4

85,6

78 ± 21

Tổng N

mg/l

333

280

251

205

275

267 ± 64

2325 ±
1073


c. Nƣớc thải chế biến mủ cao su
Trong chế biến cao su tự nhiên, thành phần nước thải phụ thuộc chủ yếu vào
các thành phần có trong mủ cao su do trong các công đoạn sản xuất, bổ sung các
loại hóa chất cũng như chất độn, ngoại trừ amoni và axit lần lượt bổ sung trong các
công đoạn bảo quản, vận chuyển và công đoạn làm đông tụ sản phẩm.
Tùy theo các công đoạn sản xuất, thành phần và đặc tính của nước thải tại
mỗi cơng đoạn sẽ khác nhau. Nước thải rơi vãi, phát sinh trong quá trình vận
chuyển và tồn trữ mủ thường có pH và N-NH3 cao là do sử dụng amoni để chống
đông tụ, dễ bảo quản. Trong khi đó, trong các cơng đoạn khác nước thải thường có
độ pH thấp do sử dụng axít làm đông tụ và kết hợp với sự phân huỷ sinh học lipid
và photpholipid trong khi tồn trữ nguyên liệu tạo thành các axít béo bay hơi. Như
vậy nước thải chế biến mủ cao su tự nhiên có tính chất ơ nhiễm nặng, chủ yếu thuộc
2 loại: Chất ô nhiễm hữu cơ và chất dinh dưỡng.
Theo trích dẫn của Perapong Tekasakul (2006) [22], nồng độ trung bình một
số chất ơ nhiễm chính trong nước thải chế biến cao su tại Thái Lan như sau: pH: 5,0
– 5,9; BOD: 1.391 – 9.433 mg/l; COD: 1.928 – 15.069 mg/l; SS: 93 – 525 mg/l;
TKN: 60,2 – 190,9 mg/l; TP: 14,9 – 21,6.
5


Tại nước ta, nước thải chế biến cao su tự nhiên là một trong những loại nước
thải có hàm lượng chất ô nhiễm rất cao. Theo Nguyễn Trung Việt (1999) [9], nước
thải chế biến cao su tự nhiên có thể có hàm lượng COD đến 9.962 mg/l.
Theo Trần Hiếu Nhuệ (2001) [9], nước thải chế biến cao su thường có độ
pH thấp do việc sử dụng axit để làm đông tụ mủ cao su; nồng độ chất ô nhiễm rất
cao bởi các thành phần COD, BOD, amonium, photpho, cụ thể: nồng độ COD có
thể lên đến 28.450 mg/l và BOD khoảng 17.500 mg/l; nồng độ N-NH3 trong nước
thải cao, có thể đạt gần 900 mg/l, chủ yếu do việc sử dụng amoniac là chất đơng tụ
trong q trình thu hoạch, vận chuyển và tồn trữ mủ cao su; hàm lượng phốtpho

trong nước thải cũng rất cao, có thể đạt 110 mg/l. Ngồi ra, trong nước thải cịn
chứa hàm lượng chất rắn lơ lửng cao, có thể đạt 5.700 mg/l trong công đoạn đánh
đông.
Bảng 1.3. Thành phần chất ô nhiễm trong nƣớc thải chế biến cao su [9]
Công đoạn
TT

Thành
phần

Đơn
vị

Sản xuất mủ cốm

Sản xuất ly
tâm

Cống chung

Đánh đông

Cán cắt cốm

4,7 – 5,49

5,27 – 5,59

4,5 – 4,81


5,9 – 7,5

1

pH

2

COD

mg/l

4.358 – 13.127

1.986 – 5.793

3.560 – 28.450

3.790 – 13.000

3

BOD5

mg/l

3.859 – 9.780

1.529 – 4.880


1.890 – 17.500

3.200 – 8.960

4

SS

mg/l

360 – 5.700

249 – 1.070

130 – 1.200

286 – 1.260

5

NH4+

mg/l

649 - 890

152 - 214

123 - 158


138 - 320

d. Nƣớc thải lò giết mổ gia súc
Trong hoạt động các lò giết mổ gia súc, nước được sử dụng hầu hết trong các
công đoạn (giết, cạo lông, mổ và moi ruột, xẻ thịt, vệ sinh) với định mức khoảng 5
– 15 m3/tấn gia súc và lượng nước này gần như được chuyển toàn bộ thành nước
thải [33]. Nước thải từ các lò mổ rất giàu các chất hữu cơ (protein, lipit, các axit
amin, peptit, các axit hữu cơ), N-amoni, mecaptan… Ngồi ra cịn có thể có vụn
xương, thịt vụn, mỡ vẩn, lơng, móng… BOD5 có thể lên tới 7.000 mg/l, COD có

6


thể lên tới 9.200 mg/l, N-amoni rất cao [7, 8].
Bảng 1.4. Thành phần trung bình chất ơ nhiễm trong nƣớc thải giết mổ gia súc [3]
Thứ tự

Thông số

Đơn vị

Hàm lƣợng và tính chất

-

5,3 – 8,9

ms/cm

2,8 – 6,1


1

pH

2

Độ dẫn điện

3

Clorit

mg/l

1,1 – 390

4

BOD5

mg/l

1.500 – 7.400

5

COD

mg/l


2.400 – 9.600

6

TOC

mg/l

1.180 – 3.400

7

Chất béo

mg/l

115 – 300

8

NH4+

mg/l

230 – 1.120

9

Độ mặn


mg/l

200 – 500

10

H2 S

mg/l

0 – 20

11

Phospho tổng

mg/l

1,6 – 5,3

e. Nƣớc thải chế biến thủy sản
Công nghệ ngành chế biến thủy sản rất đa dạng, tùy theo từng mặt hàng
nguyên liệu và đặc tính loại sản phẩm (thủy sản tươi sống đông lạnh, thủy sản khô,
thủy sản luộc cấp đông…). Do sự phong phú và đa dạng về loại nguyên vật liệu và
sản phẩm nên thành phần và tính chất nước thải công nghiệp chế biến thủy sản cũng
rất đa dạng và phức tạp. Trong quy trình cơng nghệ chế biến các loại thủy sản, nước
thải chủ yếu phát sinh từ công đoạn rửa sạch và sơ chế nguyên liệu. Trong nước thải
thường chứa nhiều mảnh vụn thịt và ruột của các loại thủy sản, các mảnh vụn này
thường dễ lắng và dễ phân hủy gây nên các mùi hơi tanh. Ngồi ra trong nước thải

cịn thường xun có mặt các loại vảy cá và mỡ cá. Nồng độ các chất ô nhiễm trong
nước thải thay đổi theo định mức sử dụng nước và có khuynh hướng giảm dần ở các
chu kỳ rửa sau cùng. Lưu lượng nước thải tính trên một đơn vị sản phẩm cũng khá
lớn, từ 30 – 80 m3/tấn sản phẩm thành phẩm. Nước thải công nghiệp chế biến thủy
sản bị ô nhiễm chất hữu cơ ở mức khá cao: COD từ 1000 – 1200 mg/l, BOD5 từ
600 – 950 mg/l [10].

7


Bảng 1.5. Thành phần nƣớc thải chế biến thủy sản [10]
Nồng độ
Chỉ tiêu

Đơn vị

Tôm đông lạnh

Cá da trơn
(tra–basa)

Thủy sản đông
lạnh hỗn hợp

pH

-

6,5 – 9


6,5 – 7

5,5 – 9

SS

mg/l

100 – 300

500 – 1.200

50 – 194

COD

mg/l

800 – 2.000

800 – 2.500

694 – 2.070

BOD5

mg/l

500 – 1.500


500 – 1.500

391 – 1.539

Tổng N

mg/l

50 - 20

100 – 300

30 – 100

Tổng P

mg/l

10 – 20

50 – 100

3 – 50

Dầu và mỡ

mg/l

-


250 – 830

2,4 - 100

1.1.2. Ảnh hƣởng của nƣớc thải giàu chất hữu cơ và nitơ đến môi trƣờng
Tác hại đến môi trường của nước thải do các thành phần ô nhiễm tồn tại
trong nước thải gây ra.
-

COD, BOD: sự khoáng hoá, ổn định chất hữu cơ tiêu thụ một lượng và

làm giảm pH của môi trường.
- SS: lắng đọng ở nguồn tếp nhận, gây điều kiện yếm khí.
-

Nhiệt độ: nhiệt độ của nước thải sinh hoạt thường không ảnh hưởng đến

đời sống của thuỷ sinh vật nước.
- Vi trùng gây bệnh: gây ra các bệnh lan truyền bằng đường nước như tiêu
chảy, ngộ độc thức ăn, vàng da,…
-

Ammonia, P: đây là những nguyên tố dinh dưỡng đa lượng. Nếu nồng độ

trong nước quá cao dẫn đến hiện tượng phú dưỡng hoá ( sự phát triển bùng phát của
các loại tảo, làm cho nồng độ oxy trong nước rất thấp vào ban đêm gây ngạt thở và
diệt vong các sinh vật, trong khi đó vào ban ngày nồng độ oxy rất cao do q trình
hơ hấp của tảo thải ra ).
- Màu: mất mỹ quan.
-


Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt.lớn và gây thiếu

hụt oxy của nguồn tiếp nhận dẫn đến ảnh hưởng đến hệ sinh thái môi trường nước.
8


Nếu ơ nhiễm q mức, điều kiện yếm khí có thể hình thành. Trong q trình phân
huỷ yếm khí sinh ra các sản phẩm như H2S, NH3, CH4,..làm cho nước có mùi hơi
thúi
- Kim loại nặng như đồng, kẽm, coban, sắt, mangan có trong thức ăn gia súc.
Các động vật chỉ hấp thụ chúng rất ít, từ 5 - 15%, cịn lại thải ra ngồi. Các kim loại
ấy đều có hại cho sức khỏe con người khi uống phải nước ô nhiễm hay ăn thịt động
vật.
Nhận xét:
Như vậy có thể thấy rằng, đặc trưng chung của các loại nước thải này ngồi
các thành phần ơ nhiễm SS, COD (BOD), phốt pho thì nitơ cũng rất cao, tỉ lệ
COD/TN tương đối thấp. Điều này gây khó khăn trong việc xử lý, đặc biệt là xử lý
triệt để nitơ. Vì vậy, ngồi việc kết hợp các phương pháp cơ học, hóa lý, hóa học,
sinh học kỵ khí, sinh học hiếu khí để loại bỏ SS, chất hữu cơ, phốt pho và một phần
nitơ thì rất cần thiết phải có q trình sinh học thiếu khí để loại bỏ nitơ triệt để hơn.
1.2. Quá trình vi sinh xử lý chất hữu cơ và nitơ trong nƣớc thải
Công nghệ vi sinh xử lý chất hữu cơ và nitơ trong nước thải dựa trên hai q
trình là hiếu khí và thiếu khí. Q trình hiếu khí để loại bỏ chất hữu cơ trong nước
và thực hiện việc chuyển hóa amoni thành nitrat nhờ q trình nitrat hóa; q trình
thiếu khí thực hiện việc khử nitrat thành N2 (nitơ tự do
1.2.1. Cơ chế loại bỏ các hợp chất hữu cơ trong nƣớc
Để thực hiện quá trình oxy hóa sinh hóa, các chất hữu cơ hịa tan, cả các chất
keo và phân tán nhỏ trong nước thải cần được di chuyển vào bên trong tế bào của vi
sinh vật. Theo quan điểm gần đây, quá trình xử lý nước thải và vi sinh vật hấp thụ

các chất bẩn là một quá trình gồm ba giai đoạn:
- Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi sinh
vật do khuyếch tán đối lưu và phân tử;
- Di chuyển chất từ bề mặt ngoài tế bào qua màng bán thấm bằng khuyếch
tan do sự chênh lệch nồng độ các chất ở trong và ngồi tế bào;
- Q trình chuyển hóa các chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinh
năng lượng và quá trình tổng hợp tế bào mới với sự hấp thụ năng lượng
Các giai đoạn trên có quan hệ rất chặt chẽ với nhau và quá trình chuyển hóa

9


các chất đóng vai trị chính trong q trình xử lý chất thải.
Cơ chế q trình chuyển hóa các chất ở trong tế bào vi sinh vật của quá trình
sinh học hiếu khí bao gồm các q trình: Oxy hóa (phân hủy) chất hữu cơ, tổng hợp
tế bào (đồng hóa) và tự oxy hóa (hơ hấp nội bào). Trong q trình oxy hóa (phân
hủy) chất hữu cơ, vi sinh vật sử dụng oxy để chuyển hóa các chất hữu thành các sản
phẩm oxy hóa. Q trình này sinh ra năng lượng và vi sinh vật sử dụng năng lượng
này để tổng hợp tế bào mới. Trong quá trình tổng hợp tế bào (đồng hóa), vi sinh vật
sử dụng chất hữu cơ, oxy, các chất dinh dưỡng N, P, vi lượng và năng lượng từ q
trình oxy hóa để tổng hợp nên tế bào mới. Bên cạnh quá trình tổng hợp tế bào cũng
xảy ra q trình tự ơxi hóa tế bào (hơ hấp nội bào). Phương trình hóa học biểu diễn
các q trình như sau [34]:
Oxy hóa (phân hủy) chất hữu cơ:
CxHyOz + (x + y/4 – z/2) O2  x CO2 + y/2 H2O + E
Tổng hợp tế bào (đồng hóa):
n CxHyOz + n NH3 + n(x + y/4 –z/2 – 5) O2 
(C5H7NO2)n (vi sinh vật) + n (x-5) CO2 + n/2 (y-4) H2O - E
Tự oxy hóa tế bào (hô hấp nội bào):
(C5H7NO2)n + 5n O2  5n CO2 + 2n H2O + n NH3 + E

Trong phản ứng trên CxHyOz là các chất hữu cơ của nước thải, cịn
C5H7NO2 là cơng thức theo tỉ lệ trung bình các ngun tố chính trong tế bào vi sinh
vật, E là năng lượng.
1.2.2. Cơ chế của quá trình nitrat hố
Q trình Nitrat hố được thực hiện nhờ vào hai nhóm vi sinh vật:
Nitrosomonas và Nitrobacter. Đây là vi sinh vật tự dưỡng hố năng vì chúng nhận
được năng lượng cho sự sinh trưởng và tổng hợp tế bào phần lớn là từ q trình oxy
hố các hợp chất cacbon vơ cơ (HCO3- là chính) và Nitơ vơ cơ. Ngồi ra chúng tiêu
thụ mạnh oxy (Vi khuẩn hiếu khí).
Cả hai nhóm vi sinh vật này đều có những yêu cầu khá đặc trưng đối với các
các điều kiện môi trường như pH, nhiệt độ, oxy hoà tan (DO); và chúng có tốc độ
tăng sinh khối ở mức thấp hơn nhiều so với vi khuẩn dị dưỡng. Nitrosomonas chỉ có
thế oxy hố NH4+ thành NO2-, sau đó Nitrobacter làm chức năng chuyển hoá NO2-

10


thành NO3-.
Q trình chuyển hóa về mặt hóa học với sự tham gia của vi sinh vật được
viết như sau:
+
as
NH4+ + 1,5O2 Nitrosomon


 NO2 + 2H + H2O

(1.1)

NO2- + 0,5O2 Nitrobacte

r  NO3

(1.2)

Phương trình tổng:
+
NH4+ + 2O2 VSV

 NO3 + 2H + H2O

(1.3)

Như vậy, 1 mol NH4+ tiêu thụ 2 mol O2 hay 1 g N-NH4+ tiêu thụ 4,57 g O2, 1
mol NH4+ tạo thành 1 mol NO3-, 1 mol NH4+ tạo thành 2 mol H+. Lượng H+ tạo ra
phản ứng với độ kiềm HCO3-, như vậy 1g N-NH4+ tiêu thụ 7,14 g độ kiềm (quy về
CaCO3). Các phương trình (1.2 và 1.3) khơng tính đến q trình sinh tổng hợp.
Nếu tính cả các q trình tổng hợp sinh khối (vi khuẩn) ta có:
VSV

1,02NH4+ + 1,89O2 + 2,02HCO3- 
0,021C5H7O2N + 1,00NO3- +
+ 1,92H2CO3 + 1,06H2O
(1.4)

Như vậy, 1 gam N-NH4+ tiêu thụ 4,3 g O2, 1 gam N-NH4+ tiêu thụ 7,2 g độ
kiềm (quy về CaCO3).
Từ phương trình (1.4) ta có thể thấy điều kiện cơ bản cho q trình Nitrat
hố là phải đảm bảo độ kiềm cho vi sinh vật thực hiện q trình oxy hố.
- Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình nitrat hố
+ Ảnh hưởng của pH tới q trình nitrat hố

Thực nghiệm cho thấy pH có ảnh hưởng lớn đến q trình nitrat hố. Nghiên
cứu của Grady và Lim (1980), cho thấy vi khuẩn nitrat hoá rất nhạy cảm với pH,
đối với Nitrosomonas có dải pH tối thích từ 7,0 đến 8,0. Và đối với Nitrobacter là
từ 7,5 đến 8,0. Nhưng bên cạnh đó nghiên cứu của Skadsen và cộng sự (1996) lại
cho thấy một số lồi có thể thích hợp ở mức pH > 9. Tuy nhiên nhiều nghiên cứu
cho rằng khoảng pH thích hợp cho q trình nitrat hố là pH = 7,0 - 8,5.
+ Ảnh hưởng của nhiệt độ tới quá trình nitrat hố
Nhiệt độ có ảnh hưởng rất lớn đến tốc độ của q trình nitrat hố. Tốc độ
tăng trưởng tế bào tăng khi tăng nhiệt độ đến giá trị giới hạn khoảng 35 0C. Nếu
nhiệt độ quá cao (> 35 0C) sẽ làm giảm hoạt tính của vi sinh, gây ức chế hoạt động
11


và có khi gây chết vi sinh vật. Khoảng nhiệt độ có thể ứng dụng được là 5 – 35 0C,
khoảng tối ưu là 30 – 35 0C.
+ Ảnh hưởng của các chất độc tới sự phát triển của vi khuẩn nitrat hoá
So với các vi khuẩn dị dưỡng, các vi khuẩn tự dưỡng nitrat hoá nhạy cảm với
nhiều kim loại nặng và hóa chất.
+ Ảnh hưởng của nồng độ NH4+ tới q trình nitrat hố.
Turk, O., và Mavinic, D.S. (1986) [12] đã chỉ ra rằng các quá trình oxy hoá
nitrit bị ức chế khi nồng độ NH3 đạt 0,1 - 1 mg/l và ở nồng độ NH3 từ 5 - 20 mg/l,
q trình oxi hóa NH4+ cũng bị ức chế. Tuy nhiên, Ford cùng nhóm nghiên cứu
(1980) [12] lại cho số liệu về nồng độ gây ức chế quá trình ơxi hóa nitrit cao hơn
nhiều (10 - 150 mg NH3/l). Sự có mặt của NO2- và pH thấp sinh ra HNO2 không
phân li, đây là tác nhân gây ức chế q trình ơxy hố nitrit. Alleman (1985) [13] cho
thấy khi nồng độ nitrit cao tới 27 mg/l thì Nitrobacter bị ức chế mạnh hơn
Nitrosomonas. Alleman [13, 14] cũng cho rằng nhiệt độ thấp, ơxy hồ tan (DO)
thiếu và CO2 cao, sự có mặt của NH3 tự do và dư lượng bùn làm giảm tốc độ phát
triển của Nitrobacter và kéo theo sự giảm oxi hóa nitrit. Ngồi ra, sốc amoni và sự
khử nitrat có thể gây ra sự tích luỹ chất độc NO2-. Đó là do Nitrosomonas ít nhạy

cảm hơn đối với sốc NH3 và nhanh thích nghi hơn Nitrobacter dẫn tới sự tích luỹ
nitrit trong hệ.
1.2.3. Cơ chế của q trình khử nitrat
Khác với q trình nitrat hố q trình khử nitrat sử dụng ơxy từ nitrat nên
gọi là anoxic (thiếu khí). Các vi khuẩn ở đây là vi khuẩn dị dưỡng nghĩa là cần
nguồn cacbon hữu cơ để tạo nên sinh khối mới.
Quá trình khử nitrat là tổng hợp của bốn phản ứng nối tiếp sau:
NO3-  NO2-  NO (k)  N2O (k)  N2 (k)
Quá trình này địi hỏi nguồn cơ chất - chất cho điện tử, chúng có thể là chất
hữu cơ (phổ biến là các dạng cacbon hữu cơ), H2 và S. Khi có mặt đồng thời NO3và các chất cho điện tử, chất cho điện tử bị oxy hoá, đồng thời NO3- nhận điện và bị
khử về N2. Phần lớn các vi khuẩn khử nitrat là dị dưỡng nghĩa là chúng dùng
cacbon hữu cơ mà chúng sẽ ơxy hố để tổng hợp tế bào mới. Chỉ có Thiobacilus
denitrifcans là sử dụng nguồn điện tử từ S nguyên tố để tạo năng lượng và nguồn

12


cacbon vô cơ (từ CO2 và HCO3-) để tổng hợp tế bào mới.
Các phương trình tỉ lượng của quá trình khử nitrat phụ thuộc vào bản chất
nguồn cacbon sử dụng như sau:
6NO3- + 5CH3OH VSV

 3N2 + 5 CO2 + 7 H2O + 6 OH

(1.5)

8NO3- + 5CH3COOH VSV

 4N2 + 10 CO2 + 6 H2O + 8 OH


(1.6)

8NO3- + 5CH4 VSV

 4N2 + 5 CO2 + 6 H2O + 8 OH

(1.7)

Đối với trường hợp nguồn cơ chất hữu cơ trong nước thải, phương trình tỉ
lượng khử nitrat như sau:
10NO3- + C10 H19O3 N VSV

 5N2 + 10 CO2 + 3 H2O + NH3g + 10 OH

(1.8)
Trong đó, C10 H19O3N là cơng thức trung bình của nước thải sinh hoạt.
Nhóm OH- sẽ phản ứng với CO2 tạo độ kiềm bicacbonat:
OH- + CO2  HCO3Cũng như trường hợp nitrat hố, nếu tính cả q trình sinh tổng hợp ta có:
NO3- + 1,08CH3OH + 0,24H2CO3 VSV

 0,056C5H7NO2 + 0,47N2
+ 1,68H2O + HCO3-

(1.9)

Cứ 1 mg/l NO3- bị khử thì sinh ra 3,57 mg/l độ kiềm. Nếu trong hệ có NH3
thì lượng kiềm sinh ra sẽ ít hơn.
- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử nitrat
+ Điều kiện phát triển vi khuẩn khử nitrat: pH 7 - 8; nhiệt độ từ 5 - 35 0C, cơ
chất là chất tan, càng dễ được vi sinh hấp thụ càng tốt.

+ DO ức chế men khử nitrit (mạnh hơn so với tác động lên men khử nitrat).
Nếu có DO, nitrit sẽ tích luỹ. Nếu DO = 5% mức bão hồ, tốc độ tạo khí NOx giảm,
nếu đạt 13% thì men khử nitrit khơng hoạt động, nếu hơn 13% thì men khử nitrat
cũng bị ức chế.
+ Bản thân nitrit cũng là chất độc. Nếu N-NO2-  14 mg/l ở pH = 7 thì q
trình chuyển hóa chất hữu cơ bởi Pseudomonas Aeruginosa sẽ chậm lại, ở nồng độ
350 mg/l q trình bị ức chế hồn tồn (kể cả quá trình oxic dùng chất nhận e- là
O2). Tương tự, các khí NOx cũng là chất độc.
+ Sự khử đối với NO2- bị ảnh hưởng mạnh khi giảm pH < 7,5 (ngược lại đối
với sự khử NO3-).
13


Tổng hợp các q trình chuyển hố nitơ trong nước thải bằng quá trình sinh
học được thể hiện trong bảng 1.6.
Bảng 1.6. Các phản ứng chuyển hóa sinh học của nitơ trong nƣớc
Phản ứng

STT

1a

1b

3

4

Ammonification
(kị khí)


C5H7O2N + 5O2  4CO2
+ HCO - + NH + + H O

Ammonification
(hiếu khí)

Vi khuẩn

NH4+ + OH  NH3 + H2O

Cân bằng
ammonia/ammonia

Khơng (q
trình vật lý)

Quang hợp, tự
dưỡng

Vi khuẩn, tảo

4

4CO2 + HCO3- + NH4+ +
H2O C5H7O2N + 5O2

Nitrisomonas,
e.g.
N. eutropha

N.europea
Nitrosospira

+
NH4 + 1,5O2 + 2HCO3 
NO2 + 2CO2 + 3H2O

Nitritation

NO2 + 0,5O2 NO3

Nitratation

Nitrobacter,
e.g.
N. agilis
Nitrospira
Nitrococácus
Nitrosocystics

Nitrification

Nitrifying
bacteria

+

+ 2O2 + 2HCO3 
NO3- + 2CO2 + 3H2O


NH4

C + 2NO3  2NO2 + CO2

Denitratation

6
-

7

Vi khuẩn

2

5

4+5

Vi sinh vật

C5H7O2N + 4H2O 
2,5CH4 +
+
1,5CO2 + HCO3 + NH4

3

2


Quá trình

3C + 2H2O + CO2 + 4NO2

2N2 + 4HCO3-

Denitritation

14

Denitrifying
heterotrophic
bacteria
Denitrifying
heterotrofic
bacteria

Nguồn
Environ- ental
Biotec- nology:
princip-es and
applica- ion,
Rittman v
Mcácarty (2001);
Henze
(2002)


Denitrification


Heterotrophs:
Pseudomonas
Paracoca
Bacillus
Alcaligenes

8

+
NH4 + 0,75O2 + HCO3 
0,5NH4+ + 0,5NO2- +
CO2 + 1,5H2O

Nitrate hố bán
phần (partial
nitritation)

Ammoniaoxidizing
bacteria

9a

+
NH4 + NO2 N2 + 2H2O

Anammox (khơng
tổng hợp tế bào)

Planctomyceta
les


9b

NH4+ + 1,32NO2- +
0,066HCO3  1,02N2 +
0,26NO3- + 0,066CH2O0,
5N0, 15 +2,03H2O

Anammox (có tổng
hợp tế bào)

Planctomyceta
les

6+7

4+7

4+5
+6
+7

4+9

5C + 2H2O + 4NO3 
2N2 + 4HCO3 + CO2

4NH4+ + 6O2 + 3C +
4HCO3  2N2 + 7CO2 +
10H2O

+
4NH4 + 8O2 + 5C +
4HCO3  2N2 + 9CO2 +
10H2O
NH3 + 0,85O2  0,11NO3
+ 0,44N2 + 0,14H+ + 1,43H2O

Modified nitrogen
removal

Rittman v
Mcácarty (2001)
Henze
(2002)

Bacteria

Khử nitơ truyền
thống (Traditional
nitrogen removal)

CANON

Van Dongen (2001)

Bacteria

Nitrifying
bacteria
Planctomyceta

les

+

10

+ 0,75O2 
+
0,5N2 + H + 1,5H2O

11

+
3NH4 + 3O2 + 3[H] 
+
1,5N2 + 3H + 6H2O

NH4

Sliekers
(2002)

OLAND

Nitrosomonas

Verstraet-e v Philips
(1998)

Quá trình NOx


Nitrosomonas

Schmidt (2003)

(Luzia Gut, 2006)
1.3. Một số phƣơng pháp xử lý chất hữu cơ và nitơ trong nƣớc thải
1.3.1. Phƣơng pháp thiếu khí – hiếu khí truyền thống
Phương pháp kết hợp các q trình nitrat hóa và khử nitrat là phương pháp
truyền thống dùng để xử lý nitơ trong nước thải, hiện nay vẫn còn được sử dụng
rộng rãi trên thế giới. Có thể kết hợp các q trình thiếu khí và hiếu khí theo hai
15


cách như ở Hình 1(a), 1(b).
Chất hữu cơ (methanol, ethanol, đường, …)
Nước thải

Bể hiếu khí
(sục khí)

Bể thiếu khí
(khuấy trộn)

Bể tái
sục khí

Bể
lắng


Nước sau
xử lý

Bùn hồi lƣu
(a) Kết hợp hiếu khí trước, thiếu khí sau
Nƣớc thải hồi lƣu

Nước thải

Bể hiếu khí
(sục khí)

Bể thiếu khí
(khuấy trộn)

Bể
lắng

Nước sau
xử lý

Bùn hồi lƣu
(b) Kết hợp thiếu khí trước, hiếu khí sau

Hình 1.2. Cơng nghệ thiếu – hiếu khí xử lý đồng thời các chất hữu cơ và nitơ
Ở phương án (a), tại bể hiếu khí, xảy ra các q trình oxy hóa chất hữu cơ và
oxy hóa amoni thành nitrit/nitrat (nitrit/nitrat hóa). Tiếp theo, tại bể thiếu khí, cơ
chất hữu cơ (methanol, ethanol, đường, …) được bổ sung thêm vào để thực hiện
quá trình khử nitrit/nitrat. Phương án này có ưu điểm là có thể đạt được hiệu suất xử
lý TN cao, tuy nhiên nhược điểm có nó là chi phí hóa chất cao.

Theo phương án (b), nước thải chứa nitrit và/hoặc nitrat ở bể hiếu khí phía
sau được hồi lưu về bể thiếu khí phía trước để thực hiện quá trình khử nitrit/nitrat.
Lúc này các chất hữu cơ có trong nước thải đầu vào được tận dùng làm cơ chất hữu
cơ cho quá trình khử nitrit/nitrat. Các chất hữu cơ còn lại sau xử lý thiếu khí và
amoni được oxy hóa ở bể hiếu khí tiếp theo. Phương án này có ưu điểm là tận dụng
được chất hữu cơ có sẵn trong nước thải để thực hiện q trình khử nitrit/nitrat mà
khơng cần bổ sung cơ chất hữu cơ bên ngoài. Tuy nhiên, nhược điểm của q trình
này là khó đạt được hiệu suất xử lý cao. Muốn tăng hiệu suất xử lý TN, cần phải hồi
lưu một lượng lớn nước thải từ bể hiếu khí về bể thiếu khí, do đó tiêu hao năng
lượng cao.
16


1.3.2. Phƣơng pháp lọc sinh học thiếu khí – hiếu khí
Phương pháp lọc sinh học lần đầu tiên được áp dụng ở Mỹ năm 1891 và ở
Anh năm 1893. Ngày nay phương pháp này đã được phát triển và có thể chia thành
hai loại: Lọc sinh học với vật liệu tiếp xúc khơng ngập nước và lọc sinh học có vật
liệu tiếp xúc đặt ngập trong nước. Đối với mỗi phương pháp sẽ thích hợp để xử lý
từng loại nước thải có đặc tính khác nhau. Phương pháp lọc sinh học với vật liệu
tiếp xúc khơng ngập trong nước có ưu điểm là tiêu hao năng lượng thấp, tuy nhiên
nó cũng có một số nhược điểm như: dễ bị tắc nghẽn, bùn dư không ổn định, hiệu
suất làm sạch không cao, giá thành thiết bị cao… vì thế phương pháp này chỉ phù
hợp với một số đối tượng nước thải nhất định như nước thải có hàm lượng BOD,
SS, nitơ thấp. Đối với lọc sinh học có lớp vật liệu ngập trong nước áp dụng cho việc
xử lý nước thải có chứa đồng thời chất hữu cơ và N, P, loại bỏ được chất rắn huyền
phù. Phương pháp lọc sinh học ngập nước cũng rất thích hợp để nitrat hóa và khử
nitrat.
 Cơ chế của quá trình lọc sinh học ngập nƣớc
Nguyên lý của phương pháp lọc sinh học là dựa trên quá trình hoạt động của
vi sinh vật trên màng sinh học, oxy hóa các chất bẩn có trong nước. Các màng sinh

học, là tập thể các vi sinh vật hiếu khí, kị khí và thiếu khí. Các vi khuẩn hiếu khí tập
trung ở phần lớp ngồi của màng sinh học, ở đây chúng phát triển và gắn với giá
mang là các vật liệu lọc. Chất hữu cơ nhiễm bẩn trong nước thải bị oxy hóa bởi
quần thể vi sinh vật ở màng sinh học, màng này thường dầy khoảng từ 0,1 – 0,4
mm. Các chất hữu cơ trước hết bị phân hủy bởi vi sinh vật hiếu khí, sau khi thấm
sâu vào màng, sẽ bị phân hủy bởi vi sinh vật kị khí. Khi các chất hữu cơ có trong
nước thải cạn kiệt, vi sinh vật ở màng sinh học sẽ chuyển sang hô hấp nội bào và
khả năng kết dính cũng giảm, dần dần bị vỡ cuốn theo nước lọc. Lọc sinh học ngập
nước có thể khử được BOD và chuyển hóa NH4+ thành NO3-, lớp vật liệu lọc có khả
năng giữ lại cặn lơ lửng, để khử được tiếp BOD, NO3-, P người ta có thể đặt hai bể
lọc nối tiếp hoặc tạo ra vùng thiếu khí để xử lý được triệt để N, P.
Các quá trình nitrat hố và khử nitrat có thể được thực hiện bằng các quá
trình sinh trưởng lơ lửng mà đại diện là q trình bùn hoạt tính, hoặc q trình sinh
trưởng bám dính trong đó vi sinh vật được cố định trên chất mang (cố định hoặc lơ

17