Luận án Tiến sĩ Nghiên cứu xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt bằng quá trình Anammox sử dụng giá thể vi sinh cố định
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.98 MB, 190 trang )
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), công 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
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
v
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 công nghệ xử lý nitơ bằng q trình nitrat hố
/khử nitrat và cơng nghệ ứng dụng q trình Anammox…...………………..25
1.3.4. Đánh giá các cơng 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 quá trình
Anammox ……………..……………………………………………………41
1.5. Một số vấn đề còn 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 Q TRÌNH NITRIT HỐ BÁN PHẦN – ANAMMOX ……………...46
2.1. Quá trình Anammox…………………………………………………………46
2.1.1. Bản chất của quá trình Anammox…………..………………………..46
2.1.2. Hố sinh học của q 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 hoá bán ………………………………. .58
vi
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 quá 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
vii
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 q 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 quá 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 q 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
viii
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 q trình nitrit
hố bán phần và quá 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
ix
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 Loại bỏ nitơ tự dưỡng hồn tồn
Nitrogen removal Over Nitrite
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
x
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 ôxi hạn chế
OD
Oxidation Ditch
Mương oxy hoá
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 Hệ thống phản ứng đơn để loại bỏ
Ammonium
Removal
Over amoni thơng qua q trình nitrit
Nitrite
SNAP
hố (Nitrit hóa bán phần)
Single-stage Nitrogen removal Q trình nitrit hóa bán phần và
using Anammox and Partial Anammox kết hợp trong cùng
Nitritation
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
UBF
Anaerobic
Sludge Bể xử lý sinh học tầng bùn kỵ khí
Blanket
dịng hướng lên
Upflow Biofilm
Bể màng sinh học dịng hướng lên
xi
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 vô cơ (TIN). Bên cạnh đó, do q 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.
xii
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 (m3) 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: %.
xiii
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 mơ lớn ứng dụng q trình
Anammox trên thế giới ......................................................................................34
Bảng 1.5. Tổng hợp một số kết quả nghiên cứu ứng dụng q 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. Thông số vận hành của mơ hình trong thí nghiệm 1 ................................83
Bảng 3.5. Thông số vận hành hệ thống PN/AX........................................................86
Bảng 3.6. Các thông số kiểm soát vận hành hệ thống PN/AX .................................87
Bảng 3.7. Thơng số vận hành hệ mơ hình AX1, AX2, AX3 ....................................90
Bảng 3.8. Thông 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
xiv
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 thơng 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 quá 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
xv
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 hố 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
xvi
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 mơ 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
quá 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
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 q 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 Umax 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 khơng 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.
