LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Đề tài : THIẾT KẾ KỸ THUẬT HỆ THỐNG SINH HỌC KHỬ NITƠ CHO BÃI RÁC CŨ CÔNG SUẤT 400 m3/NGÀY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HCM
KHOA MƠI TRƯỜNG

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP
Đề tài :

THIẾT KẾ KỸ THUẬT HỆ THỐNG SINH
HỌC KHỬ NITƠ CHO BÃI RÁC CŨ
CÔNG SUẤT 400 m3/NGÀY

GVHD:TS. NGUYỄN PHƯỚC
DÂN
SVTH: PHẠM HẢI HÀ
MSSV: 90000608

i


TP. HCM, 12/2004

LỜI CẢM ƠN
Luận văn tốt nghiệp là kết quả của sự đúc kết và rèn luyện trong suốt những năm ngồi trên
giảng đường đại học. Để tiếp thu vốn kiến thức phong phú và chuyên sâu về chuyên ngành của mình
thì vai trị truyền đạt của giáo viên đóng góp một phần to lớn tạo nên hành trang vững vàng cho một
sinh viên. Em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến tập thể giáo viên của khoa Mơi trường - Đại học
Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy và đóng góp kiến thức hữu ích để em hồn thành tốt
luận văn tốt nghiệp.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy TS. Nguyễn Phước Dân đã tận tình hướng dẫn, cung
cấp tài liệu và truyền đạt những kiến thức quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành đề tài.
Con gứi lòng biết ơn đến mọi thành viên trong gia đình đã quan tâm tạo điều kiện thuận lợi về
vật chất và tinh thần để con có thể hồn thành tốt những năm học đại học.

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn anh Phú, anh Thiện, anh Cường và bạn Hiệp đã giúp đỡ, động viên
và cung cấp tài liệu để tơi có thể hồn thành luận văn này. Xin chuyển lời cảm ơn đến các bạn lớp
MO00 đã giúp đỡ tơi trong q trình học tập và thực hiện luận văn.

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN.............................................................................................................................i
MỤC LỤC.................................................................................................................................ii
CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ CÁC THUẬT NGỮ........................................................................iv
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU..............................................................................................v

ii


ĐẶT VẤN ĐỀ.........................................................................................................................vii
Chương 1 : GIỚI THIỆU...........................................................................................................1
1.1 LỜI GIỚI THIỆU.......................................................................................................1
1.2 MỤC TIÊU.................................................................................................................2
1.3 PHẠM VI GIỚI HẠN.................................................................................................2
Chương 2 : TỔNG QUAN.........................................................................................................3
2.1 BÃI RÁC ĐƠNG THẠNH THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH......................................3
2.1.1 Giới thiệu bãi rác Đông Thạnh.......................................................................3
2.1.2 Hiện trạng ô nhiễm môi trường.......................................................................4
2.2 NƯỚC RỊ RỈ.............................................................................................................5
2.2.1 Khái niệm nước rị rỉ.......................................................................................5
2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước rác..............................................5
2.3 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC RÁC........................................................5
2.3.1 Thành phần và tính chất nước rác...................................................................5
2.3.2 Tính chất nước rị rỉ của bãi rác Đông Thạnh.................................................8
2.4 SƠ LƯỢC VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ AMMONIA..................................11
2.4.1 Phương pháp hoá lý......................................................................................11

2.4.2 Xử lý bằng phương pháp sinh học................................................................13
2.4.3 Giới thiệu một số cơng trình sinh học ứng dụng khử nitơ............................22
Chương 3 : TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ...................................................26
3.1 THÔNG SỐ THIẾT KẾ...........................................................................................26
3.2 LỰA CHỌN CƠNG NGHỆ XỬ LÝ........................................................................27
3.3 TÍNH TỐN PHƯƠNG ÁN 1.................................................................................28
3.3.1 Sơ đồ công nghệ xử lý phương án 1.............................................................28
3.3.2 Thuyết minh quy trình cơng nghệ và vai trị các cơng trình đơn vị..............28
3.3.3 Tính tốn các cơng trình đơn vị....................................................................30
3.4 TÍNH TỐN PHƯƠNG ÁN 2 ................................................................................65
3.4.1 Sơ đồ cơng nghệ xử lý phương án 2.............................................................65
3.4.2 Thuyết minh quy trình đơn vị và vai trị các cơng trình đơn vị....................66
3.4.3 Tính tốn các cơng trình đơn vị....................................................................66
Chương 4 : KHÁI TỐN CHI PHÍ CƠNG TRÌNH...............................................................98
4.1 MƠ TẢ CƠNG TRÌNH............................................................................................98
4.1.1 Phương án 1 .................................................................................................98
4.1.2 Phương án 2 ...............................................................................................101
4.1.3 Thiết bị phụ.................................................................................................104
4.2 DỰ TỐN..............................................................................................................106
4.2.1 Chi phí xây dựng.........................................................................................106
4.2.2 Lựa chọn cơng nghệ....................................................................................109
4.2.3 Chi phí xử lý 1 m3 nước rác cũ.................................................................110
Chương 5 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ............................................................................113
5.1 KẾT LUẬN.............................................................................................................113

iii


5.2 KIẾN NGHỊ............................................................................................................113
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................115

CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ CÁC THUẬT NGỮ

iv


pH: Là chỉ số đo độ axit - kiềm của nước thải. Thang đo của pH từ 0 – 14. Dung dịch
trung hồ có pH = 7, chỉ số pH của dung dịch càng cao hơn 7 thì tính kiềm càng lớn và
ngược lại dung dịch có pH càng nhỏ hơn 7 thì có tính axit càng cao.
DO (Dissolved oxygen): Hàm lượng oxy hoà tan trong nước. Đơn vị đo: mg/l hoặc
ppm.
BOD (Biological Oxygene Demand): Nhu cầu oxy sinh hóa, là chỉ tiêu nêu lên hàm
lượng các chất hữu cơ hồ tan trong nước thải có khả năng phân huỷ bởi vi sinh vật.
Đơn vị đo: mg/l hoặc ppm
COD (Chemical Oxygene Demand): Nhu cầu oxy sinh hoá, là chỉ tiêu phản ảnh tổng
lượng hữu cơ có trong nước thải có thể bị phân huỷ bởi phản ứng oxy hoá bằng
phương pháp sinh học. Đơn vị đo: mg/l hoặc ppm
SS (Suspended Solids): Hàm lượng cặn lơ lửng trong nước. Đơn vị đo: mg/l hoặc
ppm
F/M (Food to Microorganism): Tỷ số giữa lượng thức ăn và lượng vi sinh vật.
TDS (Total Dissolved Solids): Tổng chất rắn hòa tan.
UASB (Upflow Anaerobic Slugde Blanket): Bể kỵ khí đệm bùn dịng chảy ngược
TOC (Total Organic Carbon): Tổng cacbon hữu cơ
TKN (Total Kjeldahl Nitrogen): Tổng nito Kjeldahl
VSS (Volatile Suspened Solids): Chất rắn lơ lửng dễ bay hơi
TSS (Total Suspened Solids): Tổng chất rắn lơ lửng
SBR (Sequencing Batch Reactor): Bể phản ứng từng mẻ
CENTEMA: Trung Tâm Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường – Khoa Môi TrườngĐại Học Văn Lang
TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
2.1 Sự biến thiên nồng độ chất ô nhiễm trong nước rác theo tuổi bãi rác................................6
2.2 Thành phần và tính chất nước rác điển hình.......................................................................8
2.3 Tính chất nước rác Đơng Thạnh theo mùa.........................................................................9

v


2.4 Tính chất nước rác Đơng Thạnh.........................................................................................9
2.5 Tính chất nước rác Đơng Thạnh.......................................................................................10
2.6 Tính chất nước rác cũ và mới của bãi chôn lấp Đông Thạnh...........................................10
2.7 Mối quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ sinh trưởng riêng cực đại.......................................16
2.8 Loài nitrobacter bị ức chế trong khoảng nồng độ ammonium và NO3- theo pH ở 200C...17
2.9 Các hợp chất hữu cơ gây ức chế q trình nitrat hố trong nước thải..............................18
3.1 Số liệu đầu vào của hệ thống xử lý...................................................................................26
3.2 Thông số thiết kế song chắn rác kiểu lấy rác cơ khí ........................................................30
3.3 Các thơng số thiết kế song chắn rác..................................................................................33
3.4 Thơng số động học q trình bùn hoạt tính của vi khuẩn dị dưỡng ở 200C......................38
3.5 Thông số động học q trình nitrat hố bùn hoạt tính ở 200C..........................................38
3.6 Tóm tắt các thơng số thiết kế bể SBR khử BOD và nitrat hố.........................................50
3.7 Tóm tắt các thơng số thiết kế bể SBR khử nitrat..............................................................57
3.8 Tóm tắt các thơng số thiết kế bể nén bùn ly tâm..............................................................61
3.9 Các thông số thiết kế song chắn rác..................................................................................68
3.10 Bảng tóm tắt nồng độ MLSS và thể tích các vùng phản ứng..........................................75
3.11 Kết quả tính tốn MLSS và MLVSS...............................................................................76
3.12 Bảng tóm tắt nồng độ MLSS và MLVSS theo từng bậc phản ứng..................................77
3.13 Bảng tóm tắt lưu lượng vào mỗi bậc phản ứng................................................................78
3.14 Bảng tính toán nồng độ ammonia đầu ra và tốc độ nitrat hố.........................................79
3.15 Kết quả tính tốn MLSS và MLVSS trong vùng thiếu khí..............................................80
3.16 Nồng độ MLSS và MLVSS trong vùng thiếu khí...........................................................80

3.17 Kết quả tính tốn F/Mb và tốc độ khử nitrat đặc trưng....................................................81
3.18 Lượng nitrat được loại bỏ trong vùng thiếu khí...............................................................81
3.19 Bảng thể hiện cân bằng vật chất theo nitrat.....................................................................81
3.20 Tóm tắt thơng số thiết kế bể nén bùn ly tâm....................................................................95
4.1 Mơ tả cơng trình và thiết bị phương án 1........................................................................106
4.2 Mơ tả cơng trình và thiết bị phương án 2........................................................................107
4.3 Chi phí điện năng cho phương án 1..............................................................................110

vi


ĐẶT VẤN ĐỀ
vii


T

rong những năm gần đây, càng ngày mỗi con người chúng ta càng cảm thấy áp
lực của sự ô nhiễm mơi trường đang đè nặng lên chính mình. Đó chính là hậu
quả của những hành động thiếu hiểu biết của con người nói riêng và từng bộ phận
cộng đồng dân cư nói chung. Dân số trên trái đất ngày càng tăng, hệ quả của sự gia
tăng dân số là sản xuất và tiêu dùng. Sản xuất là đồng nghĩa với sử dụng tài nguyên,
khai thác và tàn phá các giá trị vật chất do môi trường thiên nhiên tạo dựng. Khơng
những thế mà trong q trình tồn tại và phát triển của mình con người đã thải ra ngồi
mơi trường hàng loạt các chất thải vượt quá khả năng tự làm sạch của môi trường và
làm cho môi trường ngày càng bị ô nhiễm trầm trọng. Hiện tượng trái đất bị nóng lên,
hiệu ứng nhà kính, các hiện tượng Elnino, Lanina, mưa axít chính là phản ứng của mơi
trường đáp trả lại những hành động xâm hại môi trường của con người. Vì vậy, hơn
lúc nào hết, mỗi người chúng ta đều nhận thấy cần phải chấn chỉnh lại những hành
động của mình, cần phải quan tâm, chăm sóc cho mơi trường sống xung quanh ta. Đó

chính là ngơi nhà chung, là điều kiện cho sự tồn tại và phát triển của chính chúng ta và
thế hệ con cháu mai sau.
Ở Việt Nam, ô nhiễm môi trường đang là vấn đề bức xúc, đáng lo ngại và ngày
càng chiếm được sự quan tâm đúng mức của xã hội và các chính sách phát triển của
nhà nước.
Mối quan tâm lớn nhất hiện nay chính là rác thải và các vấn đề môi trường nảy
sinh xung quanh các bãi chôn lấp rác. Theo ban chỉ đạo quốc gia về cung cấp nước
sạch và vệ sinh mơi trường thì tổng lượng rác thải hiện nay trong cả nước mỗi ngày
gần 20.000 tấn, nhưng có tới 50% chưa được xử lý hoặc xử lý triệt để. Trong đó có
hơn 10.000 tấn chất thải cơng nghiệp, gần 9000 tấn chất thải sinh hoạt, hơn 200 tấn
chất thải bệnh viện…. Tuy nhiên cho đến nay đa số các thành phố chưa có quy hoạch
bãi chơn và xử lý chất thải. Ít có bãi chơn lấp chất thải nào được xây dựng theo đúng
quy cách, đảm bảo vệ sinh môi trường. Các bãi rác này đa số vừa quá tải vừa gây ô
nhiễm nặng nề đối với mơi trường đất, nước, khơng khí khu vực xung quanh làm nguy
hại tới sức khoẻ và chất lượng cuộc sống của dân cư quanh vùng.
Sự biến đổi và phân huỷ của các thành phần chất thải trong bãi rác dẫn đến sự
hình thành nước rị rỉ và khí. Các nguồn ô nhiễm này đã, đang và sẽ gây ô nhiễm mơi
trượng nghiêm trọng. Nước rị rỉ phát sinh từ bãi rác chất độc hại nếu không được thu
gom và xử lý trước khi thải ra ngồi mơi trường thì nó sẽ có thể làm ơ nhiễm mơi
trường đất và mơi trường nước các vùng lân cận bãi rác.
Nước rò rỉ sinh ra trong bãi chôn lấp chất thải rắn thấm qua chất thải đang bị
phân huỷ sẽ mang theo nhiều tác nhân ơ nhiễm. Nước rị rỉ sẽ theo nước mưa tràn vào
sông, suối, hồ gây ô nhiễm đến nguồn nước mặt. Nếu bãi chơn lấp đó khơng được xây

viii


dựng theo đúng quy cách thì nước ró rỉ có thể thấm qua đáy bãi chôn lấp đi vào nguồn
nước ngầm không chỉ gây ô nhiễm nghiêm trọng cho nguồn nước này mà cịn có khả
năng gây ơ nhiễm cho nguồn nước mặt trong trường hợp các chất ô nhiễm theo dịng

nước ngầm bổ sung nước cho các con sơng, suối, hồ.
Nước rị rỉ có nồng độ các chất bẩn hữu cơ (COD, BOD) các muối vô cơ của
Cl , SO42-, CO32 rất cao. Nước rò rỉ cũng chứa các hợp chất hữu cơ độc hại bao gồm
các hydrocácbon alipatic và vịng thơm, các chất hữu cơ bị halogen hố. Các
hydrocacbon đa vịng thơm có tính gây ung thư cũng tìm được trong nước ró rỉ, các
chất này có thể gây đột biến gen. Sự hoà tan trong nước các hợp chất hydrocacbon bị
clo hố như DDT có thể làm tăng khả năng tạo phức với axit humic và axit fulvic, và
khi người dân sử dụng các nguồn nước có ô nhiễm bởi các chất này cho nhu cầu sinh
hoạt thì sẽ bị ảnh hưởng đến sức khoẻ.
-

Những tác hại của nước rị rỉ là rất nghiêm trọng. Vì vậy vấn đề xử lý nước rò rỉ
cần được quan tâm và đầu tư thích hợp.
Nước rác cũ chứa hàm lượng nitơ cao nếu khơng được xử lý thì khi thải ra
ngồi mơi trường thì sẽ gây hiện tượng phú dưỡng hoá cho nguồn tiếp nhận. Luận văn
này được thực hiện nhằm thiết kế hệ thống xử lý nitơ trong nước rác cũ bằng phương
pháp sinh học (q trình nitrát hố và khử nitrát) nhằm loại bỏ hàm lượng nitơ trong
nước rác cũ đến mức cho phép.

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU
1.1 LỜI GIỚI THIỆU :
ix


Từ năm 1990 trở lại đây, bên cạnh nước thải và khí thải từ các hoạt động cộng nghiệp
và sinh hoạt là hai nguồn gây ô mhiễm nặng đến môi trường sống của thành phố Hồ
Chí Minh. Vấn đề ơ nhiễm môi trường do các bãi rác gây ra ngày càng nghiêm trọng,
gây ra nhiều vấn đề nan giải nhất là trong công tác vận hành và quản lý các bãi chơn
lấp,cụ thể là nước rị rỉ. Nước rị rỉ có khả năng gây ơ nhiễm nguồn nước mặt, nước
ngầm và đất. Nước rị rỉ có nồng độ chất ơ nhiễm cao, một lượng lớn tràn ra ngoài vào

mùa mưa sẽ gây phản ứng mạnh mẽ đối với cộng đồng dân cư sống gần bãi chơn lấp.
Và đó là vấn đề nan giải nhất hiện nay.
Thành phố Hồ Chí Minh hiện nay có 3 bãi chơn lấp rác sinh hoạt: Đơng Thạnh (Hóc
Mơn), Gó Cát (Bình Hưng Hồ- Bình Chánh) và Phước Hiệp (Tam Tân- Củ Chi). Bãi
rác Đông Thạnh hình thành tự phát từ năm 1989, từ những hố khai thác đất. Cho đến
năm 2002, bải chiếm diện tích đất gần 40 ha, trong đó tổng diện tích phần chôn lấp là
32 ha.Tổng lượng rác chôn lấp cho đến nay khoảng trên 8 triệu tấn. Bãi chơn lấp Gị
Cát rộng 25 ha, được xây dựng theo cộng nghệ hiện đại có lớp lót chống thấm, hệ
thống thu gom khí và hệ thống xử lý nước rỉ rác. Bãi chôn lấp Gị Cát hàng ngày tiếp
nhận trung bình khoảng 2002 tấn rác. Hiện nay bãi chơn lấp này có 2 hệ thống xử lý
nước rỉ rác: Trung Tâm Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường và VERMEER của Hà
Lan. Bãi chôn lấp Phước Hiệp vừa mới khởi công đầu năm 2003 theo công nghệ bãi
chôn lấp vệ sinh như bãi chơn lấp Gị Cát.
Nước rị rỉ từ bãi rác cũ thơng thường có nồng độ ammonia rất cao. Hàm lượng nitơ
cao là chất dinh dưỡng kích thích sự phát triển của rong rêu, tảo, gây ra hiện tượng phú
dưỡng hoá làm bẩn trở lại nguồn nước, gây thiếu hụt oxy hồ tan trong nước. Khí NH 3
hồ tan > 0,2 mg/l gây chết nhiều loại cá. Vì vậy xử lý nitơ trong nước rác là vấn đề
cần được quan tâm.
Nước rỉ rác của bãi rác Đơng Thạnhcó nồng độ NH 3-N cao, dao động trong khoảng
700 – 1250 mg/l, hàm lượng nitơ hữu cơ thấp (90 – 150 mg/l) do trải qua thời gian dài
phân huỷ sinh học nên phần lớn các hợp chất nitơ hữu cơ đã bị chuyển hoá thành NNH3. Như vậy, vấn đề khử nitơ trong nước rác cũ, cụ thể là nước rò rỉ của bãi chơn lấp
Đơng Thạnh, đặt ra ở đây cũng chính là khử ammonia.

1.2 MỤC TIÊU :

x


Thiết kế hệ thống xử lý nitơ trong nước rò rỉ rác cũ của bãi rác Đông Thạnh để đạt tiêu
chuẩn thải đầu ra tiêu chuẩn loại B, BOD5 = 50 mg/l, Nitơ tổng = 60mg/l, ammonia =

1 mg/l

1.3 PHẠM VI GIỚI HẠN:
Thiết kế trạm xử lý nước rỉ rác công suất 400m3/ngày

CHƯƠNG 2 : TỔNG QUAN
xi


2.1 BÃI RÁC ĐƠNG THẠNH TP.HỒ CHÍ MINH:
2.1.1 Giới thiệu bãi rác Đông Thạnh :
Theo kế hoạch bãi rác Đông Thạnh phải đóng cửa vào tháng 8/2001, chuyển rác về đổ
ở bãi rác Gò Cát. Tháng 8/2001, bãi rác Gò Cát chỉ mới tiếp nhận thí điểm khối lượng
rác từ 300 tấn đến 500 tấn/ngày, nhưng mùi hôi xuất hiện đã lan rộng, những hộ dân
gần đó đã phản ứng nên việc tiếp nhận rác ở đây cũng phải tạm ngưng Khu xử lý rác
Gò Cát cho đến tháng 11/2001 vẫn chưa đảm bảo các giải pháp kỹ thuật nên chưa thể
đổ rác theo đúng kế hoạch. Rác lại dồn trở về bãi rác Đông Thạnh. Bãi rác Đông
Thạnh hiện nay đã quá tải với khoảng trên 8 triệu tấn, cao ngất gần như lộ thiên, trong
khi sức chứa thực tế của bãi rác này chỉ 4 triệu tấn.
Khu xử lý rác Đơng Thạnh nằm trong xã Đơng Thạnh, phía Bắc huyện Hốc Mơn, trên
ranh giới giáp với xã Bình Mỹ huyện Củ Chi, xung quanh là ruộng. Địa hình nơi đây
dạng đồng bằng cao hơi nghiêng về hướng sông Sài Gịn ở phía Đơng và hướng rạch
Tra ở phía Bắc.
Suốt hơn 10 năm qua, hầu như toàn bộ rác thải từ khu vực nội thành của TP Hồ Chí
Minh được chôn lấp tại đây. Bãi rác Đông Thạnh bắt đầu hoạt động đổ rác một cách tự
phát vào năm 1989, trước đó ở đây là hố khai thác đất. Đến năm 1991, nó chính thức
trở thành cơng trường xử lý rác Đông Thạnh do Công Ty Xử Lý Chất Thải trực thuộc
Sở Giao Thơng Cơng Chánh TP Hồ Chí Minh quản lý. Diện tích ban đầu là 10 ha, sau
đó mở rộng thêm. Tổng diện tích cơng trường xử lý rác Đông Thạnh đã lên đến 43,5
ha.

Rác chôn ở bãi rác Đông Thạnh chủ yếu là rác sinh hoạt, chưa được phân loại, chưa
được xử lý trước khi chôn lấp. Trong đó phần lớn các loại rác có thể tái chế đã được
người dân thu lượm trên bãi, còn lại là rác hữu cơ, rác nilon cũ, các loại rác khác
khơng thể tái chế. Các cơng trình nghiên cứu rác thải ở TP Hồ Chí Minh cho thấy
thành phần thực phẩm dư thừa và chất hữu cơ (chủ yếu là rau, quả, thực phẩm…) 61 –
96,6%. Độ ẩm lên đến 70 – 80%, mùa mưa có thể lên đến 90 % (CENTEME 2002).
Ngồi ra cịn chứa nhiều chất thải sinh hoạt nguy hại và chất thải công nghiệp nguy hại
do không phân loại chất thải rắn tại nguồn và khơng kiểm sốt được chất thải rắn đổ
vào bãi chơn lấp.
Khuôn viên công trường quy hoạch tuyến đường cho xe chở rác , trạm cân xe, các hồ
chứa nước rò rỉ, khu vực chôn rác…. Khu vực chôn rác phân ra nhiều lô, mỗi lô đào
hố sâu khoảng 8m rồi đổ rác xuống theo từng lớp, sau đó rải một lớp vôi bột và lấp lên
một lớp đất dày khoảng 20 – 30 cm. Sau một thời gian nhất định, lớp rác này xẹp
xuống thì tiến hành đổ tiếp lên đó một lớp rác khác, cứ thế lớp rác và lớp đất xen kẽ
nhau. Chiều cao chất rác lên tới 9m so với mặt đất.

xii


2.1.2 Hiện trạng ô nhiễm môi trường :
Bãi rác Đông Thạnh do hình thành tự phát nên đã khơng có khoảng cách ly vệ sinh với
khu dân cư. Theo quy định, khoảng cách ly vệ sinh bãi rác phải cách xa khu vực dân
cư từ 300 – 1000 m. Cũng do không được quy hoạch, thiết kế như một bãi chôn lấp
hợp vệ sinh đạt tiêu chuẩn ngay từ đầu nên bãi rác hoạt động đã mắc phải những sai
phạm. Thực tế bãi rác Đông Thạnh chỉ là một bãi đổ hở, khơng có lớp lót chống thấm,
khơng có hệ thống thu gom khí và nước rị rỉ….Hậu quả là ô nhiễm môi trường ở bãi
rác Đông Thạnh khá nghiêm trọng, ảnh hưởng xấu đến môi trường sống của cộng
đồng dân cư, ảnh hưởng đến sức khoẻ của dân cư xung quanh. Rác thải chứa vô số
mầm bệnh và là môi trường tốt cho sự lây lan các mầm bệnh truyền nhiễm khác. Gần
đây, người ta phát hện trong nước rác chứa các độc tố gây ung thư, đột biến gen.

Thành phần chất thải rắn ở bãi rác Đông Thạnh chứa phần lớn các chất hữu cơ như
thức ăn, vỏ rau củ…và các chất này dưới điều kiện phân huỷ kỵ khí đã tạo ra các chất
khí. vấn đề ở đây là khí sinh ra khơng được xử lý vì chưa có hệ thống thu gom. Thành
phần khí gồm 55% CH4, 45% CO2 và một lượng nhỏ khí H 2, H2S, NH3, Mercaptan.
Khí metan là nguồn ơ nhiễm nặng nhất. Mùi hôi do sự phân huỷ do sự phân huỷ
protein của động thực vật, đặc trưng là: H 2S, NH3, CO2. Nồng độ H2S vượt mức cho
phép 6 – 1362 lần. Việc điều tra cho thấy, ơ nhiễm khơng khí tại bãi rác chủ yếu do
mùi của nước rò rỉ. Vấn đề mùi và ruồi muỗi được xử lý bằng vơi và thuốc diệt ruồi.
Năm 2000 đã có 3 sự cố tràn nước rỉ rác ra môi trường xung quanh do bể bờ bao trong
mùa mưa do bờ bao bằng đất, mực nước hồ cao hơn nền ruộng, gây thiệt hại nặng nề
cho sản xuất nông nghiệp làm cho hàng nghìn cây xanh được trồng cách đó khoảng 4
năm để cải thiện môi trường bãi rác Đông Thạnh cũng bị chết dần. Lượng nước rò rỉ
sinh ra khoảng 600 m3/ngày, chưa kể nước mưa. Khối lượng nước rác tồn đọng lên đến
hơn 200000 m3 chứa trong 4 hồ với diện tích khoảng 3 ha. Khi trời mưa nước mưa hồ
cùng nước rác chảy khắp nơi khó có thể tách nước mưa và nước rác. Có khoảng
100000 m3 nước chưa xử lý đã rò rỉ và tràn ra xung quanh, đang có nguy cơ tràn ra
kênh rạch, ơ nhiễm nguồn nước mặt và nước ngầm. Sự chuyển dời làm ô nhiễm nguồn
nước ngầm tuy xảy ra chậm nhưng khả năng thấm sẽ diễn ra liên tục và có thể ảnh
hưởng lâu dài đến hàng thế kỷ sau do cấu tạo địa tầng thuộc loại đất sét (laterit thường,
sét pha có độ dày chặt khơng lớn lắm).

2.2 NƯỚC RỊ RỈ :
2.2.1 Khái niệm nước rò rỉ :
xiii


Nước rò rỉ là lượng nước thấm qua lớp rác, kéo theo các chất ơ nhiễm ở dạng hồ tan
hoặc lơ lửng từ rác chảy vào tầng đất dưới bãi chơn lấp. Nước rác được hình thành khi
độ ẩm của rác vượt quá độ giữ nước. Độ giữ nước của chất thải rắn- Field Capacity- là
lượng nước lớn nhất được giữ lại trong các lỗ rỗng mà không phát sinh ra dòng thấm

hướng xuống dưới tác dụng trọng lực. Trong giai đoạn hoạt động của bãi chôn lấp,
nước rỉ rác hình thành chủ yếu do nước mưa và nước “ép” ra từ các lỗ rỗng của các
chất thải do các thiết bị đầm nén hoặc do quá trình phân huỷ chất thải rắn làm cho lớp
chất thải rắn sẽ xẹp dần xuống và tạo ra nước rác.

2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng nước rác :
Rác được chôn trong bãi chôn lấp chịu hàng loạt các biến đổi vật lý, hoá, sinh xảy ra
cùng một lúc. Khi nước chảy qua sẽ mang theo các chất hoá học, sinh học đã được
phân huỷ từ rác. Thành phấn chất ô nhiễm trong nước rò rỉ phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
thành phần chất thải rắn, độ ẩm, thời gian chôn lấp, khí hậu, các mùa trong năm, chiều
sâu bãi chơn lấp, độ nén, loại và độ dày của lớp phủ trên cùng, tốc độ di chuyển của
nước trong bãi rác, độ pha loãng với nước mặt và nước ngầm, sự có mặt của các chất
ức chế, các chất dinh dưỡng đa lượng và vi lượng, việc thiết kế và hoạt động của bãi
chôn lấp, việc chôn chất thải rắn đô thị với bùn từ trạm xử lý nước thải sinh hoạt hoặc
chất thải độc hại…

2.3 THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT NƯỚC RÁC :
2.3.1 Thành phần và tính chất nước rác :
Thành phần nước rác thay đổi rất nhiều, từ bãi rác này đến bãi rác khác. Thành phần
của nước rác chịu ảnh hưởng các yếu tố sau:
 Thành phần rác
 Tuổi bãi rác
 Chế độ vận hành của bãi rác, chiều cao chất rác
 Thời tiết
 Điều kiện thuỷ văn khu vực
 Hoạt động hoá học, sinh học, lượng ẩm, nhiệt độ, pH, mức độ ổn định

Bảng 2.1 Sự biến thiên nồng độ chất ô nhiễm trong nước rác theo tuổi bãi rác
Thành phần

Đơn vị

Giá trị

xiv


1 năm

5 năm

16 năm

BOD

mg/l

7.500 – 28.000

4.000

80

COD

mg/l

10.000 – 40.000

8.000

400

5,2 – 6,4

6,3

_

pH
Độ kiềm

mg/l CaCO3

800 – 4.000

5.810

2.250

Độ cứng

mg/l CaCO3

3.500 – 5.000

2.200

540

P tổng

mg/l

25 – 35

12

8

N-NH3

mg/l

56 – 482

_

_

N-NO3-

mg/l

0,2 – 0,8

0,5

1,6

Cl-

mg/l

600 – 800

1.330

70

Ca

mg/l

900 – 1.700

308

109

Fe

mg/l

210 – 325

6,3

0,6

Mg

mg/l

160 – 250

450

90

Mn

mg/l

75 – 125

0,06

0,06

Cu

mg/l

_

< 0,5

< 0,5

Zn

mg/l

10 - 30

0,4

0,1

Nguồn : Chian và DeWalle 1976, 1977
Quá trình phân huỷ chất thải rắn trải qua 3 giai đoạn chính, amonia trong nước rỉ rác
cao chủ yếu trong giai đoạn 2 và 3:
- Giai đoạn 1 : Phân huỷ hiếu khí xảy ra nhanh, khoảng thời gian đặc trưng ít hơn 1
tháng. Khi oxy có sẵn trong rác được sử dụng hết (trừ những vùng gần bề mặt) thì pha
phân huỷ hiếu khí sẽ ngưng. Giai đoạn 1 cũng có thể kéo dài một vài ngày hoặc một
tuần. Tuy nhiên nó cũng có thể kéo dài thêm một khoảng thời gian lâu hơn và tạo ra
một lượng đáng kể CO2. Một lượng đáng kể H2 cũng có thể được tạo ra (lên đến 20%
thể tích), đặc biệt là những nơi chơn lấp khơ ráo.
- Giai đoạn 2 : Các vi sinh vật kị khí và tuỳ tiện thuỷ phân và lên men cellulose và
các chất có thể bị phân huỷ tạo ra các hợp chất đơn giản, hoà tan như là axit béo bay
hơi (làm tăng giá trị BOD5) và amonia. Giai đoạn 2 có thể kéo dài sau một vài năm,
thậm chí cả thập niên. Nước rò rỉ tạo ra trong giai đoạn này có giá trị BOD 5 cao
(thường lớn hơn 10.000 mg/l), BOD5/COD > 0,7, tỷ số này cho thấy thành phần chất
hữu cơ hoà tan chiếm tỷ lệ cao và rất dễ phân huỷ sinh học. Trong giai đoạn này, nước
rị rỉ có pH 5-6 , đậm đặc, mùi, nồng độ amonia cao (=< 1000 mg/l). Với đặc tính hố
học này, giúp hồ tan các thành phần khác trong rác dẫn đến nồng độ cao của Fe, Mn,

xv

Zn, Ca, Mg trong nước rác. Khí sinh ra chủ yếu là CO 2, mùi và hydrogen với hàm
lượng ít hơn.
- Giai đoạn 3 : Sự phát triển chậm của vi khuẩn methane dần dần trở nên chiếm ưu thế
và bắt đầu phân huỷ những hợp chất đơn giản, tạo ra các hỗn hợp khí CO 2 và CH4
(cộng với một số thành phần dạng vết khác) tạo nguồn khí của bãi rác . Trong giai
đoạn 3 vi khuẩn lên men methane phát triển, chúng sử dụng những hợp chất hữu cơ
hoà tan (chủ yếu là những axit béo) là thành phần chính trong nước rị rỉ ở giai đoạn 2.
Những vi khuẩn này là loại kỵ khí và chuyển đổi các hợp chất hữu cơ hoà tan thành
methane và CO2, mà sau đó thốt ra ngồi như là khí của bãi rác. Nước rò rỉ tạo ra
trong suốt giai đoạn 3 thường ổn định. Trong giai đoạn này hoạt động về mặt sinh học
được xem là hiệu quả nhất. Cân bằng động học cuối cùng tạo ra giữa vi khuẩn
methane và vi khuẩn tạo axit, chất thải tiếp tục phân huỷ tạo ra khí với tốc độ phân huỷ
tương đối cao, có thể sau nhiều năm. Sau đó dần dần giảm tốc độ sau nhiều thập niên
trước khi trước khi rác đã được phân huỷ phần lớn khối lượng rác. Nước rị rỉ tạo ra
trong giai đoạn 3 có hàm lượng BOD5 tương đối thấp, tỷ số BOD5/COD thấp. Tuy
nhiên ammonia vẫn tiếp tục sinh ra từ quá trình lên men axit theo bậc 1 và có nồng độ
rất cao trong nước rị rỉ. Các chất vơ cơ như: Fe, Na, K, SO 42- và Cl- tiếp tục tan và rỉ ra
từ bãi rác trong nhiều năm.
Ngồi ra cịn có 2 giai đoạn phụ:
-

Thời kỳ chuyển tiếp từ giai đoạn 2 sang giai đoạn 3: có thể xảy ra trong
nhiều năm, có thể khơng ngưng trong một thập niên (đôi khi không bao giờ
ngưng). Oxy cạn dần và điều kiện kỵ khí bắt đầu phát triển, nitrat và sunphat
đóng vai trò chất nhận electron trong các phản ứng chuyển hố sinh học,
thường bị khử đến khí N2 và H2S. Trong giai đoạn này pH của nước rác bắt đầu
giảm do sự hiện diện của các axit hữu cơ và ảnh hưởng của sự gia tăng nồng độ
CO2 trong bãi rác.

-

Giai đoạn chín mùi : xuất hiện sau khi các chất hữu cơ dễ phân huỷ sinh học
đã chuyển thành CH4 và CO2. Lúc này tốc độ sinh khí giảm đáng kể do phần
lớn các chất dinh dưỡng đã dùng hết qua các pha trước và chất nền còn lại thì
khả năng phân huỷ sinh học khá chậm. Khí sinh ra chủ yếu là CH 4 và CO2. Suốt
pha này, nước rác chứa các chất hữu cơ trơ như axit humic và fulvic rất khó
phân huỷ sinh học.

Nhìn chung ở những bãi rác mới (giai đoạn axit), nước rác thường có pH thấp, nồng độ
BOD5, TOC, COD và kim loại nặng cao. Ở những bãi rác lâu năm (giai đoạn methane
của quá trình phân huỷ), pH = 6,5 – 7,5. Nồng độ chất ô nhiễm cũng giao động theo
mùa trong năm (mùa mưa và mùa khô).

xvi


Thành phần nước rác từ chất thải rắn sinh hoạt có hàm lượng chất ơ nhiễm sinh học và
vi sinh gây bệnh cao. Trong khi đó nước rị rỉ từ bãi chơn lấp chứa chất thải cơng
nghiệp thường có hàm lượng ô nhiễm vô cơ và kim loại nặng cao. Nói cách khác ,
thành phần tính chất nước rị rỉ liên quan chặt chẽ với thành phần đặc trưng của rác.
Bảng 2.2 Thành phần và tính chất nước rác điển hình
Thành phần

Bãi mới

Đơn vị

Bãi lâu năm

Khoảng

Trung bình

(Trên 10 năm)

BOD5

mg/l

2000 - 30000

10000

100 – 200

COD

mg/l

3000 - 60000

18000

100 – 500

N-hữu cơ

mg/l

10 - 800

200

80 – 120

N-NH3

mg/l

10 - 800

200

20 – 40

Nitrat

mg/l

5 - 40

25

5 – 10

Tổng photpho

mg/l

5 - 100

30

5 – 10

mg/lCaCO3

1000 - 10000

3000

200 – 1000

4,5 - 7,5

6

6,6 – 7,5

Độ kiềm
pH
Canxi

mg/l

50 - 1500

250

50 – 200

Clorua

mg/l

200 - 3000

500

100 – 400

Tổng sắt

mg/l

50 - 1200

60

20 - 200

Nguồn : Tchobanoglous et.al 1993

2.3.2 Tính chất nước rị rỉ của bãi rác Đơng Thạnh:
Khác với bãi chơn lấp Gị Cát, bãi chơn lấp Đơng Thạnh có cả phần chơn lấp cũ (năm
1990) và phần chơn lấp mới (đanh hoạt động). Vì vậy bãi chơn lấp Đơng Thạnh có cả
nguồn nước rị rỉ cũ đang chứa trong các hồ và nước rò rỉ mới theo thời gian khác nhau
đang tiếp tục sinh ra.
Dưới đây là các bảng số liệu phân tích nước rị rỉ bãi rác Đông Thạnh ở những thời

điểm khác nhau và trích từ các nguồn khác nhau sẽ giúp có cái nhìn khái qt về thành
phần và tính chất nước rị rỉ ở bãi rác Đơng Thạnh, sự thay đổi tính chất nước rác theo
mùa, thời gian và đặc điểm ô nhiễm của nước rác hiện tại.
Bảng 2.3 Tính chất nước rác Đông Thạnh theo mùa
Thông số

Đơn vị

Mùa mưa

xvii

Mùa khô


pH

6,4

5,9

Tổng chất rắn hoà tan

mg/l

10.200

29.000

Chất rắn lơ lửng

mg/l

2.200

6.000

Độ kiềm (CaCO3)

mg/l

8.600

10.800

N-NO3-

mg/l

14

52

N-NH4+

mg/l

920

10.200

BOD5

mg/l

13.200

31.000

COD

mg/l

17.600

47.000

Nguồn : EPC 1996
Bảng 2.4 Tính chất nước rác Đơng Thạnh
Thơng số

Đơn vị

Giá trị thấp

Giá trị cao

5

8,29

pH
Độ kiềm

mg/l CaCO3

5.000

15.600

Độ cứng

mg/l CaCO3

2.000

17.000

P-PO43-

mg/l

17

31

N-NH3

mg/l

200

1000

N- hữu cơ

mg/l

46

250

N-NO2

mg/l

5

20

N-NO3

mg/l

Vết

Vết

COD

mg/l

3.000

50.000

BOD5

mg/l

2.000

37.000

Nguồn :Báo cáo khoa học về “Quản lý chất thải rắn sinh hoạt tp HCM”, 8/1997
Bảng 2.5 Tính chất nước rác Đông Thạnh
Thông số

Đơn vị

pH

Giá trị
8,92

xviii


COD

mg/l

3.008

BOD5

mg/l

930

Tổng photpho

mg/l

13,64

Tổng nitơ

mg/l

698

Cd

mg/l

< 0,001

Pb

mg/l

< 0,02

Hg

mg/l

< 0,001

Cu

mg/l

0,01

Nguồn : EMS 01/08/2000
Bảng 2.6 Tính chất nước rác cũ và mới của BCL Đơng Thạnh
Thành phần

Giá trị

Đơn vị

Cũ

Mới

7,9 – 8,2

6,0 – 7,3

mg/l CaCO3

_

12.500

COD

mg/l

1.079 – 2.507

38.533 – 65.333

BOD5

mg/l

735

33.571 – 56.250

N- hữu cơ

mg/l

196 – 470

79 – 230

N-NH3

mg/l

297 – 790

515 – 1.300

N-NO3

mg/l

2,5 – 2,9

3,0 – 4,8

Photphorus

mg/l

14,9 – 21,5

4,7 – 9,6

Ca2+

mg/l

1.122 – 1.844

240 – 387

Mg2+

mg/l

356 – 405

154 – 373

Fe tổng

mg/l

180 - 303

64 - 132

pH
Độ kiềm

Nguồn : CENTEMA 2002

xix


Từ các bảng trên ta thấy rằng: Chất lượng nước rị rỉ thay đổi theo thời gian chơn rác,
theo mùa (mùa khô nồng độ các chất ô nhiễm trong nước rác cao hơn 2-3 lần so với

mùa mưa). Phân tích từ các bảng số liệu cho thấy rằng sau một thời gian phân huỷ,
hàm lượng BOD, COD khi bãi rác bắt đầu đóng cửa đã giảm nhiều so với thời gian
trước đây. Tỷ lệ BOD5/COD hiện nay đã giảm xuống rất thấp, chỉ còn khoảng 0,2-0,3.
Hàm lượng SS cũng giảm vì nước rác đã lắng khá lâu. Hiện nay pH dao động trong
khoảng 8-8,5 do nước rác có độ kiềm cao được tạo ra bởi các axit humic, fulvic,
ammonia và một số hợp chất khác. Tóm lại, nước rác lưu chứa trong các hồ và ứ đọng
ở một số chỗ bị ơ nhiễm rất nặng, mùi hơi khó chịu. Nước có hàm lượng chất hữu cơ
khó phân huỷ sinh học, độ kiềm, ammonia và vi sinh gây bệnh cao.

Kim loại nặng trong nước rỉ rác Đông Thạnh:
Theo EMS thuộc Bộ KH CNMT, 8/2000 thì hàm lượng Cd < 0,001 mg/l;
Pb<0,02 mg/l; Hg < 0,01 mg/l; Cu < 0,01 mg/l.
Theo công ty xử lý chất thải thành phố Hồ Chí Minh, 2000 phân tích các mẫu
nước rác lấy ở các vị trí khác nhau cho thấy nồng độ của Pb từ 0,05 – 0,37 ppm; Hg =
0,02 ppm; Zn = (0.08 – 3,33) ppm.
Theo các nghiên cứu trước đây về khả năng gây ức chế của kim loại nặng lên
loài vi khuẩn nitrat hoá như: Skinner và Walker (1961) cho thấy các kim loại nặng với
nồng độ gây độc cho loài Nitrosomonas được tìm thấy như: niken = 0,25 mg/l; Crom =
0,25 mg/l; đồng = (0,1 – 0,5) mg/l. Beckman (1972) cho biết 100% loài Nitrosomonas
bị ức chế với nồng độ niken và kẽm là 3mg/l. Loveless và Painter (1968) cho biết loài
Nitrosomonas bị ức chế hoàn toàn với nồng độ đồng là 0,1 mg/l.
Theo các kết quả phân tích trên thì nồng độ các kim loại nặng trong nước rỉ rác
Đơng Thạnh chưa gây ức chế q trình nitrat hố.

2.4 SƠ LƯỢC VỀ CÁC PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ AMMONIA :
2.4.1 Phương pháp hoá lý :
a – Phương pháp clo hoá:
Ammonia bị oxy hố thành khí nitơ. Q trình này liên quan đến một chuỗi phản ứng
phức tạp hình thành các sản phẩm trung gian như: NH2Cl, NHCl2, NCl3. Ngồi khí nito
cịn có NO3-. Phản ứng đơn giản được viết như sau:

NH4+ + 1,5 Cl2 = 0,5 N2 + 3Cl- + 4 H+
NH4+ + 4 Cl2 + 3 H2O = NO3- + 10 H+ + 8 ClNhu cầu clo cho phản ứng là 7,6 mgCl 2/mg NH4+-N bị oxy hoá. Do ammonia chuyển
hoá thành nitrat và một số sản phẩm khác nên liều lượng Cl 2 thực tế khoảng 10 mg/mg

xx


NH4+-N. Q trình clo hố tạo ra một lượng đáng kể axit HCl nên độ kiềm bị tiêu thụ
là 10,7 mgCaCO3/mg NH4+-N bị oxy hoá. Khoảng pH tối ưu cho quá trình 6-7.
Ưu điểm của phương pháp này là chi phí đầu tư thấp, bảo đảm mức khử trùng cao, nếu
kiểm sốt thích hợp hầu như tất cả NH4+-N trong nước thải có thể bị oxy hố thành khí
N2 giảm mức độc hại cho bầu khí quyển, tốc độ phản ứng nhanh, ít nhạy cảm với chất
độc hay nhiệt độ, chiếm ít diện tích, đồng thời có tác dụng khử trùng.
Nhược điểm là lượng clo dư cao gây độc cho thuỷ sinh, nhạy cảm với pH dẫn đến chi
phí hố chất và chi phí vận hành cao, tăng TDS dịng ra, sự hình thành các hợp chất
halogen hố hữu cơ như trihalomethanes (CHCl3) là chất gây ung thư, lưu trữ và phân
phối phải an toàn.
Các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế và hiệu quả của quá trình:


Xáo trộn tạo sự tiếp xúc giữa nước thải va Cl2



Thời gian tiếp xúc



Liều lượng Cl2



pH

b- Phương pháp tách khí:
Ammonia có thể bị tách ra khỏi nước thải bằng q trình tách khí dựa trên cơ sở cân
bằng hoá học:
NH4+ + OH- → NH3 + H2O
Phần lớn ammonia chuyển sang dạng khí ở pH cao, thường trong khoảng 10,5-11,5.
Do đó, pH là một yếu tố ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả quá trình. Bên cạnh đó q
trình cịn rất nhạy cảm với sự thay đổi của nhiệt độ, nhiệt độ cảng giảm thì độ hồ tan
ammonia càng tăng. Vì vậy, nhiệt độ giảm thì lượng khơng khí cần cung cấp tăng đáng
kể nhu cầu năng lượng sử dụng.
Ưu điểm là nếu vận hành thích hợp, q trình có thể cho hiệu quả khử ammonia cao,
không nhạy cảm với các chất độc hại, khơng tạo căn dư. Tuy nhiên q trình cũng tồn
tại những bất lợi như khi pH cao, CO2 bị hấp thụ từ khơng khí kết hợp với vơi (nếu sử
dụng để nâng pH) tạo nên đóng cặn CaCO 3 trong tháp. Mặt khác, quá trình cho hiệu
quả thấp ở điều kiện thời tiết lạnh.
Các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế và hiệu quả quá trình:
 Hình dạng thiết bị
 pH
 Tải lượng

xxi


 Chiều cao và không gian thiết bị
 Lưu lượng khơng khí
 Cặn hình thành
c- Phương pháp trao đổi ion :

Một trong những loại nhựa tự nhiên dùng để khử ammonia tốt nhất là clinoptilolite
(một dạng zeolit) bởi tính chọn lọc của nó đối với ion NH 4+ hơn là ion Ca2+, Mg2+, Na+.
Năng suất của nhựa này tương đối ổn định trong khoảng pH từ 4 – 8.
Phương trình tổng quát cho quá trình trao đổi ion:
R-A + NH4+

R-NH4 + A+

Phương pháp này có ưu điểm thực hiện ở nhiệt độ thấp (khơng thích hợp cho q trình
cho q trình nitrat hố/ khử nitrat sinh học hay tách khí), dịng ra có nồng độ
ammonia và TDS thấp, khí NH3 thu hồi được tuần hoàn sử dụng cho sản xuất.
Tuy nhiên phương pháp trao đổi ion có một số nhược điểm sau: hệ thống tái sinh phức
tạp và vấn đề liên quan đến vòng đời của nhựa trao đổi, nồng độ của các cation khác
nhau như Ca2+, Mg2+, Na+ cao làm giảm hiệu xuất của quá trình, yêu cầu phải tiền xử
lý bằng lọc để ngăn ngừa tích luỹ cặn lơ lửng, chi phí đầu tư và vận hành cao.

2.4.2 Xử lý bằng phương pháp sinh học:
Hai quá trình sinh học cơ bản khử nitơ trong nước thải là quá trình nitrat hố và khử
nitrat. Hai q trình này được thực hiện kết hợp với nhau để khử N-NH 4 trong nước
thải, thực ra nó chỉ chuyển nitơ từ dạng này sang dạng khác. Do đó cần phải thực hiện
bước tiếp theo là quá trình khử nitrat để chuyển chúng thành dạng khí nitơ thốt ra
khỏi nước thải.

A Q trình Nitrat hố ( Nitrification)
1- Mơ tả q trình:
Q trình nitrat hố là q trình oxy hóa hợp chất chứa nitơ, đầu tiên là ammonia được
chuyển hố thành nitrit sau đó nitrit được oxy hóa thành nitrat. Q trình nitrat hố
được diễn ra theo hai bước liên quan đến hai chủng loại vi sinh vật tự dưỡng
Nitrosomonas và Nitrobacter.
Bước 1: Ammonia được chuyển hố thành nitrit được thực hiện bởi lồi

Nitrosomonas:
NH4+ + 1,5 O2 → NO2- + 2 H+ + H2O (1)
Bước 2 : Nitrit được chuyển hoá thành nitrat được thực hiện bởi loài Nitrobacter:

xxii


NO2- + 0,5 O2 → NO3- (2)
Phương trình phản ứng (1) và (2) tạo năng lượng. Theo Painter (1970), năng lượng tạo
ra từ q trình oxy hố ammonia khoảng 66-84 kcal/mol ammonia và từ oxy hoá nitrit
khoảng 17,5 kcal/mol nitrit. Nitrosomonas và Nitrobacter sử dụng năng lượng này cho
sự sinh trưởng của tế bào và duy trì sự sống. Tổng hợp hai phản ứng được viết lại như
sau:
NH4+ + 2 O2 → NO3- + 2 H+ + H2O (3)
Từ phương trình (3), lượng oxy tiêu thụ là 4,57 g/g NH 4+-N bị oxyhố, trong đó 3,43
g/g sử dụng cho tạo nitrit và 1,14 g/g sử dụng cho tạo nitrat, 2 đương lượng ion H + tạo
ra khi oxy hoá 1 mol ammonium, ion H+ trở lại phản ứng với 2 đương lượng ion
bicacbonate trong nước thải. Kết quả là 7,14 g độ kiềm CaCO 3 bị tiêu thụ/g NH4+ bị
oxyhoá.
Phương trình (3) sẽ thay đổi chút ít khi q trình tổng hợp sinh khối được xem xét đến,
nhu cầu oxy sẽ ít hơn 4,57 g do oxy cịn nhận được từ sự cố định CO 2, một số
ammonia và bicacbonate đi vào trong tế bào. Cùng với năng lượng đạt được, ion
ammonium được tiêu thụ vào trong tế bào. Phản ứng tạo sinh khối đươc viết như sau:
4 CO2 + HCO3- + NH4 + H2O → C5H7O2N + 5 O2
- Theo U.S.EPA Nitrogen Control Manual (1975): toàn bộ phản ứng oxy hoá và tổng
hợp sinh khối được viết như sau:
NH4+ + 1,83 O2 + 1,98 HCO3- → 0,021 C5H7O2N + 0,98 NO3- +
1,041 H2O + 1,88 H2CO3
Nhu cầu oxy là 4,2 g/g NH4+-N bị oxy hoá.
- Theo Gujer và Jenkins (1974) : tồn bộ phản ứng oxy hố và tổng hợp sinh khối

được viết như sau:
1,02 NH4+ + 1,89 O2 + 2,02 HCO3- → 0,021 C5H7O2N + NO3- +
1,06 H2O + 1,92 H2CO3
Nhu cầu oxy giảm xuống còn 4,3 gO 2/gNH4+ bị oxy hoá, độ kiềm tiêu thụ tăng lên 7,2
g/g NH4+ bị oxy hoá.

2- Kết hợp hay tách riêng q trình nitrat hố với oxy hố chất hữu cơ:
Oxy hố cacbon và nitrat hố có thể xảy ra trong một cơng trình đơn vị hay trong hai
cơng trình riêng biệt. Quá trình sinh trưởng lơ lửng hay sinh trưởng bám dính được áp
dụng cho hai loại trên.

xxiii


Vi khuẩn nitrat hố có mặt hầu hết trong các q trình sinh học hiếu khí, nhưng số
lượng bị hạn chế. Khả năng nitrat hố của các q trình bùn hoạt tính khác nhau tuỳ
thuộc vào tỷ số BOD5/TKN. Theo U.S.EPA: khi tỷ số BOD5/TKN ≥ 5 thì quá trình
oxy hoá cácbon và nitrat kết hợp, BOD5/TKN < 3 hai q trình oxyhố cacbon và
nitrat hố được tách riêng.
3- Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình nitrat hố:
a- Oxy hồ tan (DO) :
Phương trình động học của Monod:
µn =

max
µn N
Kn + N

 DO 



 K O + DO 

Trong đó: DO là nồng độ oxy hồ tan, mg/l
Kn là hệ số bán bão hoà đối với nitơ, mg/l
Ko là hệ số bán bão hoà đối với DO, mg/l
Ảnh hưởng cùa DO lên q trình nitrat hố khác nhau được báo cáo từ các nghiên cứu
khác nhau của Downing và Scragg (1958) cho thấy: nồng độ DO cần thiết cho q
trình nitrat hố xảy ra ít nhất là 0,3 mg/l . Schoberl và Angel nghiên cứu trong phịng
thí nghiệm (1964): tốc độ nitrat hố đối với Nitrosomonas khơng phụ thuộc vào DO
nếu DO trên 1mg/l và đối với Nitrobacter > 2mg/l. Boon và Laudeluot (1962) nghiên
cứu tốc độ sinh trưởng của Nitrobacter winogradki ở nồng độ DO là 1 mg/l và DO bão
hoà ở nhiệt độ 30 – 35 0C cho thấy tốc độ sinh trưởng ở nồng độ DO là 1 mg/l thì thấp
hơn ở nồng độ DO bão hoà và tuỳ thuộc vào nhiệt độ. Tốc độ sinh trưởng ở DO =
1mg/l bằng 97%, 80%, 70%, 58% ở DO bão hoà tương ứng với các nhiệt độ 20; 23,7;
29; 35 oC. Sự khác nhau của những nghiên cứu ảnh hưởng DO lên động học phản ứng
được giải thích dựa trên cơ chế vận chuyển và tiêu thụ oxy của các bơng bùn hoạt tính.
b- pH :
Một số nghiên cứu quan sát cho thấy rằng tốc độ nitrat hoá cực đại khi pH nằm trong
khoảng 7,2 – 9,0. Ảnh hưởng của pH lên tốc độ nitrat hoá khác nhau được báo cáo từ
các nghiên cứu khác nhau như: U.S.EPA (1975) đề xuất phương trình ảnh hưởng của
pH lên tốc độ sinh trưởng riêng của vi khuẩn nitrat trong các hệ thống kết hợp oxy hoá
cacbon và nitrat hoá khi pH < 7,2
µ n, pH = µ n ,7.2 (1 – 0,833(7,2 – pH))

Angle và Alexander (1958) và Downing (1964) cho thấy ít có sự ảnh hưởng khi pH =
7,2 – 8 và tốc độ nitrat hố giảm tuyến tính khi pH < 7,2. Boon và Laudelout (1962)

xxiv

cho thấy tốc độ nitrat hoá đối với Nitrobacter ở pH = 6,5 bằng 60% tốc độ ở pH = 7,5.
Antoniou et.al (1990) sử dụng các mẻ vi sinh nuôi cấy chưa thích nghi cho thấy tốc độ
nitrat hố ở pH = 6,9 bằng 84% tốc độ ở pH = 7,0 tại 20 oC. Tốc độ nitrat hoá ở pH =
6,8 bằng 42% tốc độ ở pH = 17,8 tại 15 0C, ở nhiệt độ thấp hơn thì ảnh hưởng của pH
nhiều hơn. Stankwich (1972), Haug và McCathy (1972) cho thấy tốc độ sinh trưởng
riêng cực đại được phục hồi sau khi thích nghi với pH thấp hơn và thích nghi hoàn
toàn sau 10 ngày khi pH giảm từ 7 – 6 trong các q trình sinh trưởng bám dính.
c- Nhiệt độ :
Nhiệt độ ảnh hưởng lên tốc độ sinh trưởng riêng cực đại của vi khuẩn nitrat hoá. Tốc
độ nitrat hoá suy giảm với sự suy giảm nhiệt độ. Một số nghiên cứu đề xuất mối quan
hệ giữa nhiệt độ và tốc độ sinh trưởng riêng cực đại như sau:
Bảng 2.7 : Mối quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ sinh trưởng riêng cực đại
Nguồn

µ n ,max (ngày )-1

µ n ,max theo nhiệt độ

100C

150C

200C

Downing (1964)

0,47. e0,098(T-15)

0,29

0,47

0,77

Hultman (1971)

0,50. e0,033(T-15)

0,23

0,34

0,50

Barnard (1975)

0,33.(1,127)T-20

0.10

0,18

0,37

Painter (1983)

0,18. e0,0729(T-15)

0,12

0,18

0,26

Nhiệt độ ảnh hưởng đến hệ số bán bảo hịa Kn của q trình nitrat hố:
- Knowles et.el (1965) đề nghị mối quan hệ giữa Kn và nhiệt độ:
Kn = 100,051T-1,148
Trong đó: T là nhiệt độ (0C)
- Focht và Chang (1975), Painter (1970) : Nhiệt độ tối ưu cho q trình nitrát hóa trong
khoảng 30 – 36 0C, nhưng chúng có thể phát triển ở 4 – 50 0C.
Nhiệt độ ảnh hưởng đến thời gian lưu bùn (SRT). Khi nhiệt độ giảm thí SRT phải đủ
lâu để vi khuẩn nitrat hố phát triển ổn định, vì chúng rất nhạy cảm với nhiệt độ.

d- Nồng độ ammonia và nitrat :
Turk và Mavinic (1986) cho thấy nồng độ khí NH 3 hồ tan trong khoảng 0,1 – 1 mg/l
thì sự oxy hố nitrit bị ức chế, q trình oxy hố ammonia bị ức chế đến nồng độ khí

xxv