Nghiên cứu xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt bằng quá trình Anammox sử dụng giá thể vi sinh cố định

i

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG HÀ NỘI
NGUYỄN THỊ MỸ HẠNH

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI
SINH HOẠT BẰNG QUÁ TRÌNH ANAMMOX
SỬ DỤNG GIÁ THỂ VI SINH CỐ ĐỊNH
Chuyên ngành: Công nghệ môi trường nước và nước thải
Mã số: 9520320-2

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS TRẦN THỊ HIỀN HOA

Hà Nội, năm 2022


i
LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu, kết
quả nghiên cứu nêu trong luận án là trung thực và chưa từng được cơng bố trong bất
kỳ cơng trình nào khác.
Hà nội, ngày tháng năm 2022
Tác giả luận án

Nguyễn Thị Mỹ Hạnh

ii
LỜI CÁM ƠN
Tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Trần Thị Hiền Hoa đã tận
tình hướng dẫn, thường xuyên động viên, tạo điều kiện thuận lợi, giúp đỡ tác giả
trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu, hoàn thành luận án và nâng cao năng lực
khoa học cho tác giả.
Tác giả chân thành cám ơn các thầy, cơ bộ mơn Cấp thốt nước, Khoa Kỹ
thuật Mơi trường, Khoa Sau đại học, Trường Đại học Xây dựng đã giúp đỡ và có
nhiều góp ý xác đáng, quý báu cho tác giả trong quá trình học tập và thực hiện luận
án.
Tác giả trân trọng cám ơn Ban Giám hiệu, Ban chủ nhiệm Khoa Kỹ thuật hạ
tầng và Môi trường Đô Thị, Bộ môn Công nghệ nước, Trường Đại học Kiến Trúc
Hà Nội đã tạo điều kiện cho tác giả được học tập và nghiên cứu nâng cao trình độ.
Tác giả cám ơn sâu sắc phịng Thí nghiệm bộ mơn Cấp thốt nước, Khoa Kỹ
thuật Mơi trường đã tạo điều kiện cho tác giả được triển khai thí nghiệm.
Tác giả chân thành cám ơn TS Lê Công Nhất Phương (Viện Sinh học Nhiệt
đới, thành phố Hồ Chí Minh), cơng ty Meidensa (Nagoya, Nhật Bản), công ty
Kuraray (Nhật Bản) đã hỗ trợ cung cấp vi khuẩn và vật liệu Felibendy phục vụ cho
nghiên cứu.
Tác giả chân thành cám ơn PGS.TS. Trương Quốc Phong (Trung tâm Nghiên
cứu và Phát triển Công nghệ Sinh học, Viện Công nghệ Sinh học và Công nghệ
Thực phẩm, Trường Đại học Bách Khoa, Hà Nội) đã giúp đỡ tác giả tiến hành kỹ
thuật khuếch đại gen PCR.
Tác giả trân trọng cám ơn Quỹ Nghiên cứu khoa học về Nước và Môi trường
Kurita, đề tài NCKH Bộ Giáo dục và Đào tạo (B2015-03-15), đề tài NCKH Trường
Đại học Xây dựng (200-2018/KHXD-TĐ) đã hỗ trợ kinh phí để tác giả thực hiện
nghiên cứu này.
Tác giả xin chân thành cám ơn quý thầy, cô giáo, các nhà khoa học, các
chun gia, các đồng nghiệp đã tận tình góp ý, chỉ bảo, đồng hành trong thời gian
học tập và nghiên cứu

iii
Cuối cùng, tác giả bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới những người thân trong gia
đình đã động viên, khích lệ, chia sẻ những khó khăn với tác giả trong quá trình thực
hiện luận án.
Tác giả luận án

Nguyễn Thị Mỹ Hạnh


iv
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt Tiếng Anh

Tiếng Việt

AO

Anoxic Oxic

Thiếu khí - hiếu khí

AAO

Anaerobic Anoxic Oxic

Kỵ khí - thiếu khí – hiếu khí

AOB

Ammonium Oxidizing Bacteria Vi khuẩn ơxi hóa amoni

ABF

Anaerobic biological filtration

Bể lọc sinh học kỵ khí

Anammox

Anaerobic Ammonium

Oxi hóa kỵ khí amoni

Oxidation
AX

Mơ hình Anammox

BOD

Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu ơxi sinh hóa

BC

Bamboo Charcoal

Than tre

BTH

Bể tự hoại

BTNMT

Bộ Tài ngun và Mơi trường

CANON

Completely

Autotrophic

Nitrogen removal Over Nitrite

Loại bỏ nitơ tự dưỡng hồn tồn
thơng qua khử nitrit

CAS

Conventional Activated Sluge

Bùn hoạt tính truyền thống

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxi hóa học

CSTR

Continuous stirred-tank reactor Thiết bị phản ứng có khuấy trộn
liên tục

DO

Dissolved Oxygen

Ơxy hịa tan

EGSB

Expanded granular sludge bed

Bể kỵ khí có lớp bùn hạt mở

rộng FA

Free Ammonia

Amoniac tự do

FBR

Fixed Bed Reactor

Bể phản ứng tầng cố định

FNA

Free Nitrous Acid

Axit nitrit tự do

HRT

Hydraulic Retention Time

Thời gian lưu thủy lực

MBR

Membrane Bio Reactor

Bể sinh học màng

MBBR

Moving Bed Biofilm Reactor

Bể màng sinh học di động

MC

Malt Ceramic

Hạt MC


NOB

Nitrite Oxidizing Bacteria

Vi khuẩn oxi hóa nitrit

NLR

Nitrogen Loading Rate

Tải lượng nitơ đầu vào

NRE

Nitrogen Removal Efficiency

Hiệu quả loại bỏ nitơ

NRR

Nitrogen Removal Rate

Tốc độ loại bỏ nitơ

NT
OLAND

Nước thải
Oxygen Limited Autotrophic

Loại bỏ nitơ thơng qua q trình

removal via nitrification – nitrat hóa-khử nitrat tự dưỡng
denitrification

trong điều kiện ơxi hạn chế

OD

Oxidation Ditch

Mương oxy hố

PCR

Polymerase chain reaction

Kỹ thuật phản ứng khuếch đại
gen

PN/AX

Partial nitritation-Anammox

Nitrit hoá bán phần/Anammox

PVA

Polivinyl Acohol

Giá thể mang PVA

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

QT

Quá trình

SBR

Sequencing Batch Reactor

Bể phản ứng hoạt động gián đoạn
theo mẻ

SHARON

Single reactor system for High
Ammonium

Removal

Over

Nitrite

SNAP

Hệ thống phản ứng đơn để loại
bỏ amoni thông qua q trình
nitrit hố (Nitrit hóa bán phần)

Single-stage Nitrogen removal
using Anammox and Partial
Nitritation

Q trình nitrit hóa bán phần và
Anammox kết hợp trong cùng
một giai đoạn để loại bỏ nitơ

TCVN

Tiêu chuẩn Việt Nam

TN

Total Nitrogen

Tổng nitơ

TIN

Total Inorganic Nitrogen

Tổng nitơ vô cơ

UASB

Upflow

Anaerobic

Blanket
UBF

Upflow Biofilm

Sludge

Bể xử lý sinh học tầng bùn kỵ khí
dịng hướng lên
Bể màng sinh học dòng hướng lên


MỘT SỐ KHÁI NIỆM VÀ THUẬT NGỮ SỬ DỤNG TRONG LUẬN ÁN
Nước thải sinh hoạt: Nước thải sinh hoạt là nước được thải ra từ các hoạt
động sinh hoạt hàng ngày của người dân ở đô thị. Nước thải sinh hoạt bao gồm
nước thải đen (nước thải xí, tiểu) và nước thải xám (nước thải tắm rửa, giặt giũ, nhà
bếp…).
Quá trình Anammox: là quá trình sinh học thực hiện việc oxi hố amoni
trong điều kiện kỵ khí với sự đóng góp của nhóm vi khuẩn tự dưỡng
Planctomycetes.
Giá thể vi sinh cố định: là một loại vật liệu được đặt cố định trong mơ hình
thí nghiệm để các vi sinh vật có khả năng dính bám, tăng diện dích tiếp xúc giữa
vi sinh và nước thải, tăng cường khả năng lưu giữ vi khuẩn trong mơ hình thí
nghiệm. Trong luận án, giá thể vi sinh cố định được sử dụng là Felibendy, vật liệu

thế hệ mới của công ty Kuraray (Nhật Bản) có thành phần chính là PET
(Polyethylene terephthalate) được sản xuất bằng công nghệ Steam-jet.
Nitơ trong nước thải sinh hoạt: Trong nước thải, các dạng tồn tại của nitơ
gồm nitơ hữu cơ TKN và nitơ vô cơ TIN (amoni, nitrit và nitrat). Tổng Nitơ (TN)
được xác định là tổng nitơ hữu cơ và nitơ vô cơ trong nước thải. Dưới tác dụng của
vi khuẩn, các hợp chất chứa nitơ, đặc biệt là protein và urê bị thủy phân rất nhanh
tạo thành amoni/amoniac [7]. Do đó, nếu coi như nitơ hữu cơ trong nước thải bị
thuỷ phân và chuyển hố hồn tồn sang dạng nitơ vơ cơ thì tổng nitơ (TN) sẽ bằng
tổng nitơ vơ cơ (TIN). Bên cạnh đó, do quá trình Anammox sử dụng các vi khuẩn tự
dưỡng Planctomycetes tiến hành oxi hóa kỵ khí amoni và chỉ sử dụng nitơ vơ cơ
(amoni và nitrit). Do đó trong luận án khi tập trung nghiên cứu về quá trình
Anammox, tổng nitơ trong nước thải được xác định bằng tổng nitơ vô cơ (bao gồm
amoni, nitrit và nitrat) trong nước thải sinh hoạt.
Tỉ lệ C/N: là tỉ lệ giữa nồng độ các hợp chất hữu cơ và nồng độ các hợp chất
chứa nitơ trong nước thải. Trong luận án, nồng độ các hợp chất hữu cơ được được
xác định bằng mg/L COD và nồng độ các hợp chất nitơ trong nước thải được xác
định bằng mgN/L của tổng amoni, nitrit và nitrat (TIN) trong nước thải.
Tải lượng nitơ đầu vào (NLR): lượng tổng nitơ đầu vào mơ hình phản ứng
trên một đơn vị thể tích (m3) nước thải trong một ngày đêm, đơn vị: kg/m3/ngđ.


Tốc độ loại bỏ nitơ (NRR): là khả năng loại bỏ tổng nitơ của mơ hình phản
ứng tính theo lượng tổng nitơ loại bỏ được trên một đơn vị thể tích (m 3) nước thải
trong một ngày đêm, đơn vị: kg/m3/ngđ.
Hiệu quả loại bỏ nitơ (NRE): là tỉ lệ phần trăm giữa hàm lượng tổng nitơ
loại bỏ được so với hàm lượng tổng nitơ đầu vào của mơ hình, đơn vị: %.


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Chất lượng nước thải sinh hoạt sau bể tự hoại ở một số đô thị.................9

Bảng 1.2. Công nghệ và giá trị các thông số ô nhiễm của một số nhà máy xử lý
nước thải đang vận hành..................................................................................28
Bảng 1.3. Tổng hợp kết quả một số nghiên cứu về quá trình Anammox trên thế giới
...........................................................................................................................32
Bảng 1.4. Tổng hợp một số trạm xử lý nước thải quy mô lớn ứng dụng quá trình
Anammox trên thế giới.....................................................................................34
Bảng 1.5. Tổng hợp một số kết quả nghiên cứu ứng dụng quá trình Anammox ở
Việt Nam..........................................................................................................35
Bảng 1.6. Đặc tính của vật liệu Felibendy...............................................................41
Bảng 1.7. Tổng hợp một số phương trình động học cơ bản.....................................42
Bảng 2.1. Một số kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của amoni và FA....................51
Bảng 2.2. Một số nghiên cứu về sự ảnh hưởng của nitrit đến quá trình Anammox .52
Bảng 2.3. Một số kết quả nghiên cứu về ảnh hưởng của các chất hữu cơ đến quá
trình Anammox................................................................................................54
Bảng 3. 1. Thành phần nước thải nhân tạo sử dụng trong thí nghiệm 1...................77
Bảng 3. 2. Thành phần nước thải thực tế................................................................79
Bảng 3. 3. Thành phần nước thải nhân tạo có tỉ lệ C/N khác nhau.........................80
Bảng 3.4. Thơng số vận hành của mơ hình trong thí nghiệm 1................................83
Bảng 3.5. Thơng số vận hành hệ thống PN/AX.......................................................86
Bảng 3.6. Các thông số kiểm sốt vận hành hệ thống PN/AX.................................87
Bảng 3.7. Thơng số vận hành hệ mơ hình AX1, AX2, AX3....................................90
Bảng 3.8. Thơng số mồi xuôi, mồi ngược................................................................95
Bảng 4. 1. So sánh kết quả nghiên cứu với một số nghiên cứu về quá trình
Anammox với các giá thể mang khác nhau....................................................104
Bảng 4.2. Tổng hợp chất lượng nước thải qua hệ mơ hình PN/AX.......................111


Bảng 4.3. Các thông số động học theo các phương trình động học được xác định
trong nghiên cứu............................................................................................116
Bảng 4. 4. So sánh kết quả vận hành thí nghiệm với một số nghiên cứu khác.......117

Bảng 4.5. So sánh các thông số động học của phương trình Stover-Kincannon theo
một số các nghiên cứu trên thế giới................................................................118
Bảng 4.6. Hệ số Umax, và KB theo phương trình động học Stover-Kincannon tương
ứng với các tỉ lệ C/N khác nhau.....................................................................126
Bảng 4.7. So sánh sự ảnh hưởng của hàm lượng chất hữu cơ đến quá trình
Anammox với một số nghiên cứu khác..........................................................127

DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình M1. Sơ đồ nội dung nghiên cứu của luận án....................................................7
Hình 1.1. Chu trình chuyển hố các hợp chất nitơ bởi các vi sinh vật.....................10
Hình 1.2. Chu trình chuyển hóa nitơ với q trình nitrat hố/khử nitrat truyền thống
(trái) và q trình Anammox (phải)..................................................................18
Hình 1.3. Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ oxi hóa tuần hồn......................................19
Hình 1.4. Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ AO.............................................................20
Hình 1.5. Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ SBR...........................................................20
Hình 1.6. Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ AAO..........................................................21
Hình 1.7. Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ MBR..........................................................22
Hình 1.8. Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ MBBR.......................................................23
Hình 1.9. Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ FAST.........................................................23
Hình 1.10. Sơ đồ q trình nitrit hóa bán phần kết hợp với quá trình Anammox....24
Hình 1.11. Khả năng kết hợp các quy trình A-B để xử lý nước thải sinh hoạt theo xu
thế tiết kiệm năng lượng...................................................................................30
Hình 1.12. Giá thể mang Felibendy.........................................................................40
Hình 2.1. Chu trình nitơ bổ sung quá trình Anammox.............................................46


Hình 2.2. Cơ chế sinh hóa của q trình Anammox................................................47
Hình 2.3. Cây phát sinh lồi của vi khuẩn Planctomycetes.....................................48
Hình 2. 4. Cơ chế chuyển hoá amoni của vi khuẩn Nitrosomonas e........................59
Hình 3.1. Giá thể mang Felibendy dạng tấm hình chữ nhật (150x250x8mm) cho mơ

hình PN............................................................................................................72
Hình 3 2. Giá thể mang Felibendy dạng hình hộp (10x10x8mm) cho mơ hình AX 72
Hình 3.3. Sơ đồ các nội dung thí nghiệm trong luận án...........................................73
Hình 3.4. Sơ đồ mơ hình AX...................................................................................74
Hình 3.5. Sơ đồ mơ hình PN....................................................................................75
Hình 3.6. Vi khuẩn Nitrosomonas trong chế phẩm dạng bột...................................76
Hình 3.7. Vi khuẩn Planctomycetes (Candidatus Brocadia anammoxidans) dưới
dạng bùn hạt.....................................................................................................76
Hình 3.8. Vi khuẩn Nitrosomonas đã được dính bám trên giá thể mang..................76
Hình 3. 9. Vi khuẩn Planctomycetes đã được dính bám trên giá thể mang..............76
Hình 3. 10. Nội dung thí nghiệm 1..........................................................................82
Hình 3. 11. Hình ảnh thí nghiệm 1: (a). Sơ đồ mơ hình AX; (b) Mơ hình AX khi vận
hành thí nghiệm................................................................................................83
Hình 3. 12. Nội dung thí nghiệm 2..........................................................................84
Hình 3. 13. Sơ đồ mơ hình thí nghiệm 2 (hệ mơ hình PN/AX)................................85
Hình 3. 14. Hình ảnh thí nghiệm 2 (hệ mơ hình PN/AX)........................................86
Hình 3.15. Nội dung thí nghiệm 3...........................................................................88
Hình 3.16. Sơ đồ mơ hình thí nghiệm 3...................................................................89
Hình 3.17. Hình ảnh mơ hình thí nghiệm 3 trong phịng thí nghiệm.......................89
Hình 4.1. Sự biến thiên nồng độ NH4+-N trong mơ hình AX qua 4 giai đoạn..........98
Hình 4.2. Sự biến thiên nồng độ NO2--N trong mơ hình AX qua 4 giai đoạn..........99


Hình 4.3. Sự biến thiên nồng độ tổng nitơ trong mơ hình AX...............................100
Hình 4.4. Sự thay đổi tốc độ loại bỏ tổng nitơ qua các giai đoạn nghiên cứu........101
Hình 4.5. Mối tương quan giữa tốc độ loại bỏ tổng nitơ, tốc độ loại bỏ nitrit và tốc
độ tạo thành nitrat với tốc độ loại bỏ amoni trong 4 giai đoạn vận hành........102
Hình 4.6. Sự biến thiên nồng độ các hợp chất chứa nitơ trong mơ hình PN.........106
Hình 4.7. Sự biến thiên nồng độ các hợp chất chứa nitơ trong mô hình AX..........109
Hình 4.8. Sự biến thiên nồng độ tổng nitơ và hiệu quả loại bỏ tổng nitơ trong mơ

hình AX..........................................................................................................110
Hình 4.9. Sự biến thiên nồng độ amoni và tổng nitơ trong hệ mơ hình PN/AX.....110
Hình 4.10. Phổ điện di DNA sản phẩm PCR khuếch đại đoạn gen 16S rDNA từ
DNA tổng số thu được từ mẫu gốc (đường chạy 1,2) và mẫu sau khi sử dụng để
xử lý nước (đường chạy 3,4); đường chạy M, thang DNA chuẩn..................112
Hình 4.11. Phương trình động học của quá trình loại bỏ amoni và tạo thành nitrit
của q trình nitrit hố bán phần: Phương trình động học bậc 1(a); Phương
trình động học Grau (b); Phương trình động học Stover-Kincannon (c)........114
Hình 4. 12. Phương trình động học của quá trình loại bỏ amoni và tổng nitơ của quá
trình Anammox: Phương trình động học bậc 1(a); Phương trình động học Grau
(b); Phương trình động học Stover-Kincannon (c).........................................115
Hình 4.13. Diễn biến nồng độ các hợp chất chứa nitơ theo HRT và tỉ lệ C/N.......120
Hình 4.14. Diễn biến hiệu quả loại bỏ các hợp chất chứa nitơ theo HRT và tỉ lệ C/N
.........................................................................................................................122
Hình 4.15. Phương trình động học Stover Kincannon của quá trình loại bỏ amoni
đối với các trường hợp (a): C/N =0; (b): C/N=1,0; (c): C/N = 2,0; (d): C/N=3,5;
(e): C/N = 5,0; (f): C/N = 6,0;........................................................................124
Hình 4.16. Phương trình động học Stover Kincannon của quá trình loại bỏ tổng nitơ
đối với các trường hợp (a): C/N =0; (b): C/N=1,0; (c): C/N = 2,0; (d): C/N=3,5;
(e): C/N = 5,0; (f): C/N = 6,0;........................................................................125


MỤC LỤC
Lời cam đoan............................................................................................................. i
Lời cám ơn…............................................................................................................ ii
Mục lục.................................................................................................................... iii
Danh mục chữ viết tắt.............................................................................................. ix
Một số khái niệm và thuật ngữ sử dụng trong luận án............................................. xi
Danh mục các bảng................................................................................................ xiii
Danh mục các hình................................................................................................. xiv

MỞ ĐẦU….............................................................................................................. 1
1. Tính cấp thiết của luận án…………………………………………………………
1
2. Mục tiêu của luận án………………………………………………………………
2
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án.......................................................3
4. Cơ sở khoa học của luận án……………………………………………………….3
5. Nội dung nghiên cứu………………………………………………………………
4
6. Phương pháp nghiên cứu…................................................................................... 5
7. Những đóng góp mới của luận án…………………………………………………
5
8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án............................................................6
9. Cấu trúc luận án..................................................................................................... 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN XỬ LÝ
NITƠ
TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT….................................................................8
1.1. Nguồn gốc và đặc tính của nước thải sinh hoạt và yêu càu của nguồn tiếp
nhận…...................................................................................................................... 8
1.1.1. Nguồn gốc và đặc tính của nước thải sinh hoạt............................................... 8
1.1.2. Các dạng tồn tại của các hợp chất chứa nitơ trong nước thải sinh hoạt.......9
1.1.3. Tác động của nitơ đến sức khoẻ cộng đồng và môi trường….......................12
1.1.4. Quy định của nguồn tiếp nhận đối với chỉ tiêu nitơ trong nước thải sinh
hoạt…….................................................................................................................. 13
1.2. Tổng quan về các phương pháp xử lý nitơ trong nước thải........................14
1.2.1. Phương pháp hoá lý….................................................................................. 14
1.2.2. Phương pháp hoá học…................................................................................ 15
1.2.3. Phương pháp sinh học…............................................................................... 16
1.3. Tổng quan một số công nghệ xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt… 19
1.3.1. Các công nghệ ứng dụng q trình nitrat hố/khử nitrat...............................19

1.3.2. Cơng nghệ xử lý nitơ ứng dụng quá trình Anammox…................................ 24
1.3.3. Đánh giá về hiệu quả của cơng nghệ xử lý nitơ bằng q trình nitrat hoá


/khử nitrat và cơng nghệ ứng dụng q trình Anammox…......................................25
1.3.4. Đánh giá các công nghệ xử lý nước thải đang áp dụng tại các nhà máy xử lý
nước thải của Việt Nam và xu hướng tiếp cận công nghệ xử lý nước thải trên thế
giới……................................................................................................................... 26
1.4. Tổng quan một số công nghệ xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt.............31
1.4.1. Tổng quan một số nghiên cứu ứng dụng quá trình Anammox trên thế giới và
Việt Nam................................................................................................................. 31
1.4.2. Tổng quan về một số giá thể mang sử dụng trong quá trình Anammox…37
1.4.3. Tổng quan về các nghiên cứu về phương trình động học q trình
Anammox…............................................................................................................41
1.5. Một số vấn đề cịn tồn tại khi xử lý nước thải bằng quá trình Anammox và
hướng nghiên cứu của luận án…......................................................................... 44
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NITƠ ỨNG
DỤNG QUÁ TRÌNH NITRIT HỐ BÁN PHẦN – ANAMMOX.....................46
2.1. Q trình Anammox….................................................................................. 46
2.1.1. Bản chất của q trình Anammox…............................................................. 46
2.1.2. Hố sinh học của quá trình Anammox.......................................................... 47
2.1.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình Anammox............................................ 49
2.1.4. Các thơng số vận hành nhằm kiểm sốt q trình Anammox.......................57
2.2. Q trình nitrit hố bán phần…................................................................... 58
2.2.1. Bản chất của q trình nitrit hố bán.............................................................58
2.2.2. Hố sinh học của q trình nitrit hố bán phần............................................. 59
2.2.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrit hố bán phần............................... 60
2.2.4. Các thơng số vận hành nhằm kiểm sốt q trình nitrit hố bán phần..........62
2.3. Cơ sở khoa học về việc sử dụng giá thể mang trong xử lý nước thải.........63
2.3.1. Sự hình thành màng sinh học (Biofilm) trên giá thể mang...........................63

2.3.2. Cơ sở lựa chọn giá thể mang (giá thể vi sinh)…........................................... 65
2.4. Động học của q trình nitrit hố bán phần và q trình Anammox........66
2.4.1. Cơ sở lý thuyết về động học phản ứng…......................................................66
2.4.2. Phương trình động học bậc 1….................................................................... 68
2.4.3. Phương trình động học bậc 2 Grau............................................................... 68
2.4.4. Phương trình động học Stover-Kincannon.................................................... 69
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.................................................. 71
3.1. Đối tượng và nội dung nghiên cứu................................................................ 71
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu................................................................................... 71
3.1.2. Kế hoạch nghiên cứu.................................................................................... 72
3.1.3. Nội dung nghiên cứu.................................................................................... 73
3.2. Chuẩn bị thí nghiệm....................................................................................... 74
3.2.1. Chuẩn bị mơ hình thí nghiệm........................................................................ 74
3.2.2. Chuẩn bị vi sinh vật...................................................................................... 76
3.2.3. Chuẩn bị nước thải........................................................................................ 77


3.2.4. Lựa chọn và kiểm sốt thơng số vận hành.................................................... 81
3.3. Trình tự tiến hành nghiên cứu thực nghiệm................................................. 82
3.3.1. Thí nghiệm 1................................................................................................. 82
3.3.2. Thí nghiệm 2…............................................................................................. 84
3.3.3. Thí nghiệm 3…............................................................................................. 87
3.4. Phương pháp lấy mẫu, phân tích mẫu và xử lý số liệu................................91
3.4.1. Phương pháp lấy mẫu…............................................................................... 91
3.4.2. Phương pháp phân tích................................................................................. 91
3.4.3. Phương pháp xử lý số liệu…......................................................................... 92
3.4.4. Phương pháp xác định chủng vi khuẩn…..................................................... 94
3.4.5. Phương pháp xây dựng phương trình ốn để xác định thơng số động học của
q trình nitrit hố bán phần và quá trình Anammox…..........................................95
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN........................................................ 98

4.1. Nội dung nghiên cứu 1: Đánh giá hiệu quả loại bỏ các hợp chất chứa nitơ
của mơ hình phản ứng tầng cố định với giá thể mang Felibendy….................98
4.1.1. Hiệu quả loại bỏ amoni, nitrit và tổng nitơ trong mơ hình phản ứng tầng cố
định với giá thể mang Felibendy…........................................................................ 98
4.1.2. Mối tương quan giữa các thành phần chứa nitơ trong quá trình Anammox 101
4.1.3. Kết quả, thảo luận và so sánh kết quả nghiên cứu đánh giá hiệu quả loại bỏ
nitơ trong mơ hình AX với giá thể mang Felibendy với một số nghiên cứu khác. 103
4.2. Nội dung nghiên cứu 2: Đánh giá hiệu quả loại bỏ nitơ trong nước thải sinh
hoạt bằng q trình nitrit hố bán phần và q trình......................................105
4.2.1. Sự chuyển hố amoni thành nitrit trong mơ hình PN..................................105
4.2.2. Sự biến thiên nồng độ amoni, nitrit và tổng nitơ trong mơ hình AX…107
4.2.3. Hiệu quả xử lý nitơ của hệ mơ hình PN/AX............................................... 110
4.2.4. Kết quả giải trình tự gen của vi khuẩn trên giá thể mang............................ 112
4.2.5. Phương trình động học của quá trình nitrit hố bán phần và q trình
Anammox.............................................................................................................. 113
4.2.6. Kết quả, thảo luận và so sánh kết quả nghiên cứu đánh giá hiệu quả loại bỏ
nitơ trong nước thải sinh hoạt bằng q trình nitrit hố bán phần và Anammox với
các nghiên cứu khác...............................................................................................117
4.3. Nội dung nghiên cứu 3: Đánh giá sự ảnh hưởng của hàm lượng chất hữu
cơ đến quá trình Anammox để xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt...............119
4.3.1. Sự biến thiên nồng độ và hiệu quả xử lý các hợp chất chứa nitơ qua các giai
đoạn nghiên cứu..................................................................................................... 119
4.3.2. Phương trình động học Stover Kincannon và các thơng số động học của quá
trình Anammox đối với các tỉ lệ C/N khác nhau.................................................... 123
4.3.3. Kết quả, thảo luận và so sánh kết quả nghiên cứu đánh giá sự ảnh hưởng của
hàm lượng chất hữu cơ đến quá trình Anammox với một số nghiên cứu khác......127
KẾT LUẬN.......................................................................................................... 129
KẾT LUẬN….......................................................................................................129

KIẾN NGHỊ.......................................................................................................... 130
DANH MỤC CÁC BÀI BÁO ĐÃ ĐƯỢC CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN
QUAN ĐẾN LUẬN ÁN.......................................................................................131
TÀI LIỆU THAM KHẢO…............................................................................... 132
PHỤ LỤC............................................................................................................PL1
Phụ lục 1. Kết quả phân tích thí nghiệm 1 (mơ hình AX)….................................PL1
Phụ lục 2. Kết quả phân tích thí nghiệm 2 (mơ hình PN+AX) PL4
Phụ lục 3. Kết quả phân tích thí nghiệm 3 (mơ hình AX1, AX2, AX3) PL7
Phụ lục 4. Số liệu mơ hình PN để xây dựng phương trình động học quá trình nitrit
hố bán phần và q trình Anammox..................................................................PL11
Phụ lục 5. Số liệu để xây dựng phương trình động học quá trình Anammox đối với
nước thải có tỉ lệ C/N khác nhau.........................................................................PL17
Phụ lục hình ảnh…..............................................................................................PL23


1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của luận án
Cùng với sự phát triển của xã hội, lượng nước thải xả ra hàng ngày của đô thị
càng gia tăng đặt ra những thách thức đối với môi trường. Với mức độ đô thị hóa
như hiện nay, tới năm 2035 Việt Nam sẽ có khoảng 106,3 triệu dân trong đó có
47,87 triệu dân đơ thị (44,87% dân số) [123], ước tính lượng nước thải đô thị cần xử
lý là 7,63 triệu m3/ngày đêm [5]. Tính đến nay, đã có khoảng 70 nhà máy xử lý nước
thải tập trung ở các đô thị, đa phần là xử lý nước thải của hệ thống thoát nước
chung, trong đó chỉ có 3 nhà máy xử lý nước thải của hệ thống thoát nước riêng. Bể
tự hoại với hơn 90% số hộ gia đình sử dụng vẫn tiếp tục đóng vai trị quan trọng xử
lý sơ bộ nước thải sinh hoạt ở các đơ thị có đấu nối với hệ thống thoát nước chung.
Nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người,
chứa các chất bẩn ở trạng thái lơ lửng, các chất hữu cơ, vi sinh vật và các chất dinh

dưỡng cần được xử lý đạt yêu cầu trước khi xả vào nguồn tiếp nhận. Bên cạnh việc
loại bỏ các chất hữu cơ thì các hợp chất nitơ cũng được xem là chất dinh dưỡng giới
hạn được kiểm soát ở mọi nguồn nước tự nhiên, nguồn tiếp nhận và nước xả thải.
Theo Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN 14:2008/BTNMT,
nồng độ amoni và nitrat trong nước thải sinh hoạt trước khi xả vào nguồn tiếp nhận
loại A lần lượt là 5mg/L và 30mg/L, đối với nguồn loại B lần lượt là 10mg/L và
50mg/L.
Với các công nghệ xử lý nước thải đang được áp dụng tại Việt Nam, một số
công nghệ không thể xử lý được nitơ như bể lọc sinh học nhỏ giọt hay công nghệ
bùn hoạt tính truyền thống (CAS). Một số cơng nghệ khác như AO, A2O, SBR dựa
trên cơ sở quá trình nitrat hố/khử nitrat lại u cầu phải tuần hồn bùn nội tại, hoặc
cần cấp lượng khí lớn hoặc phải bổ sung thêm nguồn cacbon từ bên ngồi… Nói
một cách khác, các công nghệ xử lý nitơ trong nước thải đang áp dụng tiêu thụ
nhiều năng lượng đồng thời tạo ra một lượng lớn bùn. Trong khi đó, xu thế của thế
giới về công nghệ xử lý nước thải là tiến tới tiết kiệm năng lượng, phát thải ít
cacbon, thân thiện với mơi trường. Do đó, cần nghiên cứu áp dụng một cơng nghệ
xử lý nitơ khác có thể


2
khắc phục được những nhược điểm của công nghệ truyền thống (dựa trên cơ sở của
q trình nitrat hố/khử nitrat) là rất cần thiết.
Dựa trên cơ sở lý thuyết về xử lý nitơ bằng phương pháp oxi hố kỵ khí, thấy
rằng q trình Anammox có ưu điểm là khơng cần phải bổ sung nguồn cacbon bên
ngoài, tiết kiệm được năng lượng cho việc sục khí, lượng bùn sinh ra rất ít, giảm
thiểu phát sinh khí nhà kính, tiết kiệm được diện tích cơng trình xây dựng. Do đó,
cơng nghệ xử lý nitơ bằng q trình Anammox được xem là cơng nghệ thân thiện
với môi trường và rất phù hợp để đưa công nghệ xử lý nước thải của Việt Nam tiếp
cận với xu thế của thế giới, “xu thế phát triển bền vững” trong bối cảnh “nước thải
và nền kinh tế tuần hồn”.

Để ứng dụng q trình Anammox vào thực tiễn xử lý nước thải sinh hoạt cần
tiến hành nghiên cứu về các thông số vận hành hệ thống xử lý, kỹ thuật phản ứng,
các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả của quá trình xử lý. Giá thể vi sinh cố định đóng
vai trị quan trọng trong việc hỗ trợ q trình dính bám của vi sinh vật trong hệ
thống xử lý nước thải. Do vật liệu Felibendy có cấu trúc sợi dạng cứng rắn, bền
vững, có đặc tính xốp, nhẹ, có diện tích bề mặt lớn, có khả năng thấm hút cao, đáp
ứng được yêu cầu cho vi khuẩn dính bám nên đã được lựa chọn làm giá thể vi sinh
cố định trong mơ hình thí nghiệm.
Luận án “Nghiên cứu xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt bằng quá trình
Anammox sử dụng giá thể vi sinh cố định” là cần thiết để từng bước đưa quá trình
Anammox ứng dụng vào thực tiễn xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt ở Việt Nam.
2. Mục tiêu của luận án.
- Đánh giá được khả năng sử dụng giá thể vi sinh cố định Felibendy thông
qua đánh giá hiệu quả loại bỏ nitơ của q trình Anammox trong mơ hình
Anammox (AX) với kỹ thuật phản ứng tầng cố định.
- Đánh giá được khả năng loại bỏ nitơ trong nước thải sinh hoạt thực tế bằng
q trình nitrit hố bán phần và quá trình Anammox với giá thể vi sinh cố định
Felibendy.


3
- Đánh giá được sự ảnh hưởng của hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải
(thông qua chỉ số COD) đến hiệu quả của quá trình xử lý nitơ của q trình
Anammox. Xác định được thơng số động học của quá trình Anammox với các
tỉ lệ C/N khác nhau trong nước thải
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của luận án
Đối tượng nghiên cứu:
- Quá trình Anammox với kỹ thuật phản ứng tầng cố định
- Các hợp chất chứa nitơ vô cơ trong nước thải sinh hoạt
- Nước thải sinh hoạt (nước thải nhân tạo và nước thải thực tế sau bể tư hoại

của ký túc xá trường Đại học Xây Dựng Hà Nội là đối tượng nghiên cứu điển hình)
Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu được tiến hành đối với nước thải sinh hoạt ở các đô thị của Việt
Nam trên mơ hình PN và mơ hình AX sử dụng giá thể vi sinh cố định Felibendy quy
mơ phịng thí nghiệm.
4. Cơ sở khoa học của luận án
- Xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt ứng dụng công nghệ Anammox dựa
trên cơ sở kết hợp quá trình nitrit hố bán phần và q trình Anammox: Q trình
nitrit hố bán phần với sự có mặt của vi khuẩn Nitrosomonas, oxi hố một phần
amoni thành nitrit. Tiếp sau đó là q trình Anammox, amoni được oxi hố trong
điều kiện kỵ khí với nitrit là chất nhận điện tử và tạo thành nitơ phân tử với sự tham
gia của vi khuẩn tự dưỡng Planctomycetes.
- Dựa trên nguyên lý vi sinh vật sinh trưởng dính bám, việc sử dụng giá thể
mang trong quá trình xử lý làm tăng mật độ vi khuẩn trên bề mặt và tăng cường hiệu
quả xử lý.
- Dựa trên cơ sở các phương trình của mơ hình động học cơ bản (mơ hình
động học bậc 1, mơ hình động học bậc 2 Grau và mơ hình Stover Kincannon) đã
được dựa trên cơ chế chuyển hoá sinh học các chất trong nước thải.


4
5. Nội dung nghiên cứu
Luận án được tiến hành với các nội dung sau:
a) Tổng quan đặc tính nước thải sinh hoạt, các công nghệ xử lý nitơ trong
nước thải sinh hoạt đang được áp dụng tại Việt Nam và trên thế giới, đánh giá và
nhận xét các vấn đề còn tồn tại. Tổng quan các nghiên cứu ứng dụng q trình
Anammox đã được tiến hành trong và ngồi nước, tổng quan về các giá thể vi sinh
được sử dụng trong quá trình Anammox để làm cơ sở đặt vấn đề nghiên cứu.
b) Nghiên cứu về cơ sở khoa học của q trình nitrit hố bán phần và q
trình Anammox để hiểu về cơ chế xử lý, các yếu tố ảnh hưởng và các phương trình

động học từ đó xây dựng được phương pháp nghiên cứu.
c) Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm trên mơ hình phịng thí nghiệm: mơ
hình Anammox với kỹ thuật phản ứng tầng cố định (mơ hình AX) sử dụng giá thể vi
sinh cố định (giá thể mang Felibendy dạng hình hộp chữ nhật kích thước
10x10x8mm) nhằm đánh giá hiệu quả xử lý và khả năng ứng dụng Felibendy làm
giá thể dính bám cho q trình Anammox.
d) Tiến hành nghiên cứu thực nghiệm trên hệ mơ hình PN/AX (thực hiện q
trình nitrit hố bán phần và Anammox). Thí nghiệm được tiến hành để đánh giá hiệu
quả xử lý loại bỏ các hợp chất chứa nitơ trong nước thải sinh hoạt thực tế; xác định
thời gian lưu nước phù hợp cho quá trình xử lý; Xác định sự tồn tại của vi khuẩn
Planctomycetes trên giá thể mang Felibendy khi vận hành mơ hình với nước thải
sinh hoạt thực tế bằng kỹ thuật PCR; Từ ba phương trình động học cơ bản bậc 1,
bậc 2 Grau và Stover Kincannon, lựa chọn phương trình động học phù hợp đối với
quá trình nitrit hố bán phần và q trình Anammox.
e) Tiến hành nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng của hàm lượng chất hữu cơ đến
hiệu quả của quá trình Anammox và xác định các thơng số của phương trình động
học Stover Kincannon mơ phỏng q trình Anammox tương ứng với các tỉ lệ C/N
trong nước thải đô thị.


5
6. Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp tổng quan: thu thập các tài liệu tổng quan về các phương pháp
và cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý amoni trong nước thải. Nghiên cứu lý thuyết
về quá trình nitrit hố bán phần, q trình Anammox và các yếu tố ảnh hưởng đến
quá trình xử lý.
- Phương pháp kế thừa: kế thừa mơ hình thí nghiệm và kết quả của các
nghiên cứu có liên quan, từ đó lựa chọn những điểm nghiên cứu hữu ích cho nghiên
cứu về các thơng số vận hành: thời gian lưu nước, nhiệt độ, pH, ....
- Phương pháp thực nghiệm: thiết lập và vận hành mơ hình thí nghiệm

PN/AX với kỹ thuật phản ứng tầng cố định sử dụng giá thể mang Felibendy; phân
tích các chỉ tiêu của nước thải (NH4+-N, NO2--N, NO3--N, COD. ) trong phịng thí
nghiệm bộ
mơn Cấp thốt nước, trường Đại học Xây dựng Hà Nội nhằm đưa ra các số liệu tin
cậy phục vụ cho việc đánh giá hiệu quả hoạt động của mơ hình.
- Phương pháp tổng hợp, phân tích: tổng hợp các kết quả thí nghiệm, phân
tích số liệu thí nghiệm đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình.
- Phương pháp thống kê, xử lý số liệu: sử dụng phần mềm Microsoft Excel
để xử lý số liệu và vẽ đồ thị thể hiện diễn biến quá trình xử lý trong mơ hình thí
nghiệm theo thời gian, theo tỉ lệ C/N....
- Phương pháp so sánh, đối chiếu: So sánh các kết quả của nghiên cứu với
các nghiên cứu khác có liên quan, so sánh kết quả thực nghiệm với lý thuyết.
- Phương pháp chuyên gia: lĩnh hội ý kiến của các chuyên gia trong ngành
qua các buổi xêmina bộ môn, xêmina mở rộng nhằm định hướng và đánh giá độ tin
cậy của nghiên cứu.
7. Những đóng góp mới của luận án.
- Xác định được thời gian lưu thuỷ lực phù hợp đối với mơ hình PN và mơ
hình AX sử dụng giá thể vi sinh cố định Felibendy để xử lý các hợp chất chứa nitơ
trong nước thải sinh hoạt: 9h đối với mơ hình PN và 6h đối với mơ hình AX.
- Xác định được ngưỡng ức chế đối với q trình Anammox trong mơ hình
AX bởi hàm lượng các chất hữu cơ (tính theo COD) là 300mg/L.


6
- Xác định được hằng số tốc độ tiêu thụ lớn nhất U max và hằng số bán bão hoà
KB của phương trình động học Stover Kincannon cho quá trình Anammox tương
ứng với các tỉ lệ C/N khác nhau.
8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học
- Nghiên cứu đã xác định được thời gian lưu nước phù hợp trong mơ hình PN

và mơ hình AX sử dụng giá thể vi sinh cố định Felibendy.
- Nghiên cứu đã đánh giá được ảnh hưởng của hàm lượng chất hữu cơ trong
nước thải đến quá trình Anammox (COD>300 mg/L) gây ức chế quá trình
Anammox.
- Nghiên cứu đã xác định được mơ hình Stover Kincannon là phù hợp để mơ
tả động học của q trình Anammox có sử dụng giá thể vi sinh cố định (Felibendy).
Đồng thời cũng xác định được các thông số động học Umax và KB của mơ hình
Stover Kincannon với các tỉ lệ C/N khác nhau.
Ý nghĩa thực tiễn
- Thời gian lưu thủy lực đã xác định trong nghiên cứu (9h đối với mô hình
PN và 6h đối với mơ hình AX) là một trong các thơng số phục vụ thiết kế cơng trình
xử lý nitơ ứng dụng q trình nitrit hóa bán phần và q trình Anammox.
- Các thơng số động học Umax và KB của mơ hình Stover Kincannon có thể sử
dụng để dự đoán chất lượng nước đầu ra và hiệu quả của quá trình xử lý.
9. Cấu trúc luận án
Cấu trúc luận án gồm:
Mở đầu
Chương 1: Tổng quan về các vấn đề liên quan đến xử lý nitơ trong nước thải sinh
hoạt
Chương 2: Cơ sở khoa học quá trình xử lý nitơ ứng dụng q trình nitrit hố bán
phần và quá trình Anammox
Chương 3: Phương pháp nghiên cứu
Chương 4: Kết quả và thảo luận
Kết luận và kiến nghị


7
Tổng quan về công
nghệ xử lý nitơ trong
NT sinh hoạt

Tổng quan về
quá trình
Anammox

Tổng quan về giá thể vi sinh
sử dụng trong quá trình
Anammox

Đặt vấn đề nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở khoa học xử lý nitơ ứng dụng
q trình nitrit hố bán phần và Anammox
Nghiên cứu thực nghiệm

Thí nghiệm 1:
Mơ hình AX
Đánh giá hiệu
quả loại bỏ nitơ
của mơ hình
AX với giá thể
vi sinh cố định
Felibendy

Thí nghiệm 2: Hệ mơ
hình PN/AX
Đánh giá hiệu quả loại
bỏ nitơ trong nước thải
sinh hoạt bằng quá trình
nitrit hố bán phần và

Anammox

Mục tiêu 2

Mục tiêu 1
Hiệu quả và
khả năng sử
dụng giá thể
vi sinh cố
định
Felibendy
để xử lý
nitơ trong
mô hình AX

Hiệu quả
loại bỏ nitơ
trong nước
thải sinh
hoạt bằng
q trình
nitrit hố
bán phần
và
Anammox

Xác định
HRT phù
hợp với
q trình

nitrit hố
bán phần
và
Anammox

Thí nghiệm 3: Mơ
hình AX1, AX2,
AX3
Đánh giá ảnh hưởng
của hàm lượng chất
hữu cơ đến quá trình
Anammox.

Mục tiêu 3
Lưạ chọn
phương
trình động
học phù
hợp đối
với quá
trình PN
và
Anammox

Xác định
ảnh hưởng
của hàm
lượng chất
hữu cơ
(COD)

đến qúa
trình
Anammox

Kết luận và kiến nghị
Hình M.1. Sơ đồ nội dung nghiên cứu của luận án

Xây dựng
phương
trình động
học Stover
Kincannon
đối với các
tỉ lệ C/N
khác nhau


8
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN ĐẾN XỬ LÝ
NITƠ TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT
1.1.

Nguồn gốc, đặc tính của nước thải sinh hoạt và yêu cầu của nguồn tiếp
nhận

1.1.1. Nguồn gốc và đặc tính của nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người,
được chia thành hai loại chính là nước đen và nước xám [1]. Nước thải đen là nước
thải từ nhà vệ sinh (xí, tiểu), cịn nước rửa, giặt, tắm là nước xám. Phần lớn các chất
ô nhiễm của nước thải đều chứa trong nước đen, bao gồm khoảng 58% chất hữu cơ,

42% chất vô cơ và rất nhiều các vi sinh vật gây bệnh. Theo TCVN 7957:2008
“Thốt nước- Mạng lưới bên ngồi và cơng trình-Tiêu chuẩn thiết kế”, mỗi người
trung bình thải vào HTTN khoảng 60-65 g/ngày cặn lơ lửng, 30-35 g/ngày chất hữu
cơ (tính theo BOD), 8 g NH4+…
Nước thải sinh hoạt phát sinh từ các hộ gia đình được tiến hành đấu nối vào
hệ thống thốt nước của đơ thị (hệ thống thốt nước chung hoặc hệ thống thốt nước
riêng). Trừ các đơ thị có hệ thống thốt nước riêng, các đơ thị cịn lại đều cần sử
dụng bể tự hoại là cơng trình xử lý sơ bộ trước khi đấu nối nước thải sinh hoạt của
các hộ gia đình với hệ thống thoát nước chung. Tại bể tự hoại diễn ra quá trình lắng
cặn và lên men, phân huỷ sinh học kỵ khí cặn lắng. Hiệu suất lắng cặn trung bình
đạt 50 - 70% theo cặn lơ lửng (TSS) và 25 - 45% theo chất hữu cơ (BOD và COD)
[93].
Ở Việt Nam, ước tính có đến 90% hộ gia đình ở các đô thị sử dụng bể tự
hoại, phổ biến là loại hai hoặc ba ngăn khơng có ngăn lọc hiếu khí ở cuối bể. Hầu
hết các bể tự hoại không được vận hành đúng quy định (kéo dài thời gian hút cặn
định kỳ) nên trong dòng nước thải ra khỏi bể tự hoại, nồng độ chất lơ lửng và chất
hữu cơ vẫn cịn khá cao. Q trình phân huỷ yếm khí trong bể tự hoại làm giảm
đáng kể lượng chất hữu cơ dạng cacbon nhưng lại khơng có tác dụng đối với các
hợp chất nitơ, thậm chí hàm lượng hợp chất nitơ trong nước thải sau bể tự hoại cao
hơn trong nước thải sinh hoạt chưa qua phân huỷ yếm khí [3]. Chất lượng nước thải
sau bể tự hoại của một số đơ thị được trình bày trong bảng 1.1.


9
Bảng 1.1. Chất lượng nước thải sinh hoạt sau bể tự hoại ở một số đô thị [1]
Chỉ tiêu

Vĩnh Yên

Thái Nguyên

Hải Dương

Hà Nội

Nhiệt độ, 0C

28,1-29,6

26,0-28,3

29,5-30,8

21,1-29,5

pH

7,3-7,9

6,9-8,1

7,0-7,6

6,2-8,5

DO, mg/L

0-2,7

0-2,01

0,5-0,9

-

SS, mg/L

84-207

21-193

8,9-38,8

86-812

NH4+, mg/L

21,4-106,4

4,2-116,8

10,8-70,8

20-43

NO3-, mg/L

2,0-3,2

1,2-3,75

1,2-2,7

0-2,9

BOD5, mg/L

84,9-152

57,4-154

51,6-118

102-330

COD, mg/L

118-180

83-189

76-151

-

Coliform,

42x104-

48x104-

47x104-

73x104-

MPN/100ml

63x104

68x104

71x104

13x106

1.1.2. Các dạng tồn tại của các hợp chất chứa nitơ trong nước thải sinh hoạt
Nitơ là một nguyên tố dồi dào nhất trong bầu khí quyển của trái đất và là
nguyên tố thiết yếu cho sự sống, có mặt trong cấu trúc tế bào của protein và các axit
nucleic [137]. Hầu hết các sinh vật và các bã thải trong q trình sống của chúng đều
có chứa hàm lượng nitơ nhất định. Do vậy, trong môi trường nước luôn tồn tại các
thành phần chứa nitơ, từ các protein có cấu trúc phức tạp đến các axit amin đơn giản.
Nguồn gốc chính của nitơ trong nước thải sinh hoạt là nước tiểu và phân,
trong đó nước tiểu chiếm khoảng 91% lượng nitơ. Người ta ước tính rằng một người
sản xuất 11,2 g tổng nitơ mỗi ngày, trong đó khoảng 78% được tạo ra từ nhà vệ
sinh, 17% từ bồn tắm, bồn rửa, thiết bị, và 5% từ bồn rửa trong nhà bếp.
Các dạng tồn tại của nitơ trong môi trường nước phụ thuộc vào q trình
chuyển hố nitơ bởi các vi sinh vật (chu trình nitơ) và được thể hiện trong hình 1.1
[14].