xử lý nước thải bằng công nghệ umbr

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA












NGUYỄN THỊ KIM TRÚC



NGHIÊN CỨU BỂ PHẢN ỨNG SINH HỌC
NHIỀU LỚP CHẢY NGƯỢC (UMBR) XỬ LÝ
NƯỚC THẢI KHU CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HCM Tháng 07 năm 2011

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA











NGUYỄN THỊ KIM TRÚC



NGHIÊN CỨU BỂ PHẢN ỨNG SINH HỌC
NHIỀU LỚP CHẢY NGƯỢC (UMBR) XỬ LÝ
NƯỚC THẢI KHU CÔNG NGHIỆP

Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ














TP. HCM Tháng 07 năm 2011






CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
…………o0o…………

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Phước Dân





TS. Bùi Xuân Thành






Cán bộ chấm nhận xét 1: TS. Lê Đức Trung




Cán bộ chấm nhận xét 2: TS – NCVCC. Nguyễn Quốc Bình





LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐƯỢC BẢO VỆ TẠI
HỘI ĐỒNG CHẤM B
ẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC
BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
Ngày 15 tháng 07 năm12011

(Tài liệu này có thể tham khảo tại thư viện Khoa Môi Trường – ĐH Bách Khoa TP.HCM)










TP. HCM, ngày 15 tháng 07 năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên Học viên : Nguyễn Thị Kim Trúc Phái: Nữ
Ngày, tháng, năm sinh : 09/04/1984 Nơi sinh: Phú Yên
Chuyên ngành : Công nghệ Môi trường MSHV: 09250516
Khóa : 2009 – 2011

I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu bể phản ứng sinh học có nhiều lớp chảy
ngược (UMBR) xử lý nước thải khu công nghiệp.

II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Nghiên cứu khả năng xử lý chất hữu cơ (COD, BOD
5
) của công nghệ upfow
multi layer bioreactor (UMBR) trong xử lý nước thải công nghiệp
2. Nghiên cứu khả năng xử lý nitơ, photpho của công nghệ upfow multi layer
bioreactor (UMBR) trong xử lý nước thải công nghiệp

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 30/06/2010

IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 15/07/2011

V. HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TS Nguyễn Phước Dân
TS. Bùi Xuân Thành
Đề cương Luận văn Cao học đã được Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CN BỘ MÔN QL. CHUYÊN NGÀNH



TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH TRƯỞNG KHOA QL.NGÀNH



ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự Do – Hạnh Phúc


CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN

Họ tên sinh viên: NGUYỄN THỊ KIM TRÚC Phái: Nữ
Ngày tháng năm sinh: 09 – 04 – 1984 Nơi sinh: Phú Yên
Chuyên ngành: Công nghệ môi trường MSHV: 09250516

Tên đề tài: nghiên cứu bể phản ứng sinh học có nhiều lớp chảy ngược (UMBR)
xử lý nước thải khu công nghiệp
Ngày bắt đầu: Ngày 30/06/2010
Ngày hoàn thành: Ngày 15/07/2011
Cán bộ hướng dẫn: PSG.TS. NGUYỄN PHƯỚC DÂN
TS. BÙI XUÂN THÀNH
Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Những kết quả và số liệu
trong luận vă
n chưa được ai công bố dưới bất cứ hình thức nào. Tôi hoàn toàn
chịu trách nhiệm trước Nhà trường về sự cam đoan này.
Tp. HCM, ngày 15 tháng 07 năm 2011



Nguyễn Thị Kim Trúc










LỜI CẢM ƠN


Sau thời gian học tập và nghiên cứu, tôi đã hoàn thành Luận văn Thạc sỹ
chuyên ngành Công nghệ Môi trường. Để hoàn thành chương trình đào tạo và

Luận văn Thạc sỹ, tôi xin chân thành biết ơn sâu sắc đến quý thầy cô, bạn bè và
các tổ chức:
- Xin tỏ lòng cảm ơn đến tập thể Thầy Cô Khoa Môi trường – Đại học
Bách khoa – Đại học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh, là những người đã nhiệt tình
truyền
đạt kiến thức trong thời gian tôi theo học tại trường.
- PGS.TS. Nguyễn Phước Dân, trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, tận
tình hướng dẫn, chỉ dẫn khoa học và cho lời khuyên chân thành.
- TS. Bùi Xuân Thành, trường Đại học Bách Khoa TP.HCM, đã tận tình
hướng dẫn trong nghiên cứu khoa học và động viên lúc khó khăn.
- Ban quản lý khu công nghiệp Lê Minh Xuân, cán bộ quản lý trạm xử lý
nước thải tập trung tại Lê Minh Xuân đã giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợ
i cho
tôi trong quá trình đặt mô hình nghiên cứu tại khu công nghiệp Lê Minh Xuân.
- Bạn cùng lớp cao học, Khoa Môi trường, Đại học Bách Khoa TPHCM.
- Các sinh viên K2007, Khoa Môi trường, Đại học Bách Khoa TPHCM.
- Ba, mẹ, anh em trong gia đình đã cổ vũ và ủng hộ tôi trong suốt thời
gian qua.
Trận trọng cảm ơn!
Tp.HCM, ngày 15 tháng 07năm 2011





Nguyễn Thị Kim Trúc

TÓM TẮT
Mô hình bể phản ứng sinh học nhiều lớp chảy ngược (UMBR) là mô hình
bùn hoạt tính kết hợp bể phản ứng sinh học nhiều lớp chảy ngược bao gồm vùng
kị khí/thiếu khí với sự phát triển của vi sinh vật trong bùn hoạt tính. Bể UMBR
hoạt động như là một bể lắng sơ bộ, bế sinh học kết hợp kị khí/thiếu khí, vùng
nén bùn và sử dụng năng lượng thấp do dòng xáo tr
ộn ngược trong bể. Nghiên
cứu mô hình UMBR xử lý nước thải khu công nghiệp nhằm mục đích tìm ra giá
trị tối ưu của hai biến hoạt động là thời gian lưu (HRT) và tỷ lệ tuần hoàn nội bộ
(IR). Trước tiên, thí nghiệm với IR 200%, 300% và 400% được thử nghiệm với
nước thải khu công nghiệp ở HRT (9.6h) thống nhất. Thí nghiệm với IR 400% đã
cho thấy sự hiệu quả tối ưu với hi
ệu suất cao đối với quá trình nitrat hóa (> 80%),
khử nitrat (> 80%) và loại bỏ nhu cầu ôxy hóa học COD (khoảng 88%). Nghiên
cứu cũng thực hiện thử nghiệm tiếp theo với các thí nghiệm ở thời gian lưu nước
là 6.8h và 4.8h với cùng loại nước thải IR tối ưu là 400%. Từ các thí nghiệm cho
thấy tại HRT 25h và IR 400% cho hiệu quả xử lý tốt nhất với hiệu quả xử lý
BOD
5
, COD, SS, TKN, N-NH
4
, T–N, TP và độ màu lần lược 94%, 81%, 78%,
82%, 99% , 74%, 48% và 74%.

ABSTRACT
In this study, a simple dual sludge process was developed for insdustrial
wastewater treatment. Up-flow multi-layer bioreactor (UMBR) is a hybrid
system using dual sludge that consists of an up-flow multi-layer bioreactor as
anaerobic/anoxic suspended growth microorganisms followed by activated
sludge. The UMBR acts as a primary settling tank, anaerobic/anoxic reactor,
thickener and requires low energy due to mixing using up-flow stream. The
optimization of two operational variables, total hydraulic retention time (HRT)
and internal recycle (IR) . First, IRs of 200%, 300%, 400%were tested with
synthetic-wastewater at uniform HRT (9.6h) rate. The IR of 400% proved
optimum with high efficiencies for nitrification (>80%), denitrification (>80%)
and total chemical oxygen demand (COD) removal ( approximately 88%). This
was followed by experimentation with HRT of 6.8h, and 4.8 at optimized IR
400%. The average results obtained from this study at flow rate of IR 400% and
HRT 25h shown that removal of BOD
5
, COD, SS, TKN, N-NH
4
, T–N, TP and
color were 94%, 81%, 78%, 82%, 99% , 74%, 48% and 74%, respectively.

i

MỤC LỤC

2.1.2. Thành phần và tác hại của nước thải công nghiệp 5
2.2 Giới thiệu khu công nghiệp Lê Minh Xuân. 7
2.3 Tổng quan về quá trình loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải 10
2.3.1 Quá trình nitrat hóa 10
2.3.2 Quá trình khử nitrat 12
2.3.3 Nguyên lý loại bỏ phốtpho 13
2.4 Tổng quan về một số quá trình xử lý chất hữu cơ kết hợp với xử lý chất dinh
dưỡng trong nước thải 15

2.4.1 Quá trình Phoredox (A/O) 15
2.4.2 Quá trình kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí kết hợp (A2O) 15
2.4.3 Quá trình Bardenpho cải tiến 5 ngăn 16
2.4.4 Quá trình UCT cải tiến 17
2.4.5 Quá trình VIP 17
2.3.6 Quá trình Johannesburg 18
2.5 Tổng quan công nghệ UMBR trong xử lý nước thải 19
2.5.1 Nguyên lý công nghệ upflow multi-layer bioreactor (UMBR) 19
2.5.2 Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ UMBR trong và ngoài nước:
20

2.5.2.1 Nghiên cứu ngoài nước: 20
2.5.2.2 Nghiêu cứu trong nước: 24
CHƯƠNG III 26
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 26
3.1 Nội dung nghiên cứu 26
26
3.2 Mô hình và vật liệu nghiên cứu 27
3.2.1 Mô hình pilot 27
3.2.2 Vật liệu nghiên cứu 30
3.2.2.1 Nước thải thử nghiệm 30



ii

3.2.2.2 bùn nuôi cấy 31

3.3 Điều kiện vận hành 32

3.3.1 các thông số vận hành mô hình 32
3.3.2. Kiểm soát các thông số vận hành 33
3.4 Phương pháp phân tích 33
4.1 Giai đoạn 1: thay đổi tỉ lệ tuần hoàn nội bộ (IR) 36
4.1.1 Nồng độ COD 37
4.1.2 Độ màu 39
4.1.3 chất rắn lơ lửng (SS) và độ đục 41
4.1.4 Tổng nitơ (TN) 44
4.1.5 Tổng Phospho (TP) 48
4.2 Giai đoạn 2: cố định IR, thay đổi thời gian lưu nước (HRT) 50
4.2.1 Hiệu quả xử lý COD 50
4.2.2 Nồng độ BOD
5
52
4.2.3 Độ màu 54
4.2.4 Rắn lơ lửng (SS) 55
4.2.4 Nồng độ tổng nitơ (TN) 56
4.2.6 Nồng độ tổng Phospho (TP) 58
4.2.7 pH giai đoạn 2 của mô hình UMBR 59
4.3 Đánh giá nồng độ sinh khối và mật độ bùn của UMBR 60
4.4 Đánh giá thông số vận hành thích hợp đối với công nghệ UMBR 62
4.5 So sánh hiệu quả xử lý của hệ thống UMNR và hệ thống bùn hoạt tính
thông thường tại KCN Lê Minh Xuân 63

4.5.1 chất lượng nước đầu ra. 63
4.5.2 So sánh hiệu quả kinh tế của UMBR và bùn hoạt tính thông thường tại
KCNLMX. 66

CHƯƠNG V 70
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 70

5.1 Kết luận 70
5.2 Kiến nghị 71
TÀI LIỆU THAM KHẢO 72
PHẦN PHỤ LỤC 75



iii


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Chất lượng nước thải đầu vào – đầu ra trạm XLNTTT 9
Bảng 3.1: kích thước của các bể trong mô hình 27
Bảng 3.2: Thành phấn và tính chất nước thải đầu vào mô hình UMBR 31
Bảng 3.3: Thông số chạy tải ứng với các giai đoạn khảo sát 32
Bảng 3.4: Chỉ tiêu phân tích và vị trí lấy mẫu 33
Bảng 3.5: Các phương pháp phân tích chỉ tiêu của mẫu nước 34
Bảng 4.1 Tải trọng COD thực tế và nồng độ sinh khối giai đoạn 1 36
Bảng 4.2 MLSS, trọng hữu cơ và nitơ ở giai đoạn 2 50
Bảng 4.3: Hiệu quả xử lý các chỉ tiêu ô nhiễm của UMBR và trạm xử lý tập trung
LMX 64

iv

DANH MỤC ĐỒ THỊ VÀ HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Vị trí địa lý khu công nghiệp Lê Minh Xuân 7

Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải KCN Lê Minh Xuân 8
Hình 2.3 Quá trình A/O 15
Hình 2.4 Quá trình A2O 15
Hình 2.5 Quá trình Bardenpho cải tiến 5 ngăn 16
Hình 2.6 Quá trình UCT cải tiến 17

Hình 2.7 Quá trình VIP 17
Hình 2.8 Quá trình Johannesburg 18
Hình 2.9 : Bể UMBR 19
Hình 2.10 : Mô hình sử dụng bể UMBR bể xử lý nước thải chăn nuôi 21
Hình 3.1: Các giai đoạn vận hành nghiên cứu 26
a. Mặt bằng mô hình UMBR 28
b. Hình mô hình pilot UMBR 28
Hình 3.2: Mô hình UMBR 28
Hình 3.3: Mặt cắt công nghệ mô hình UMBR 29
Hình 4.1 : Hiệu quả xử lý COD ở các giai đoạn 1 38
Hình 4.2 : Nồng độ COD ở giai đoạn 1 38
Hình 4.3 : Hiệu quả xử lý COD ở bể UMBR và mô hình giai đoạn 1 39
Hình 4.4 Độ màu ở giai đoạn 1 40
Hình 4.5 Hiệu quả xử lý độ màu giai đoạn 1 41
Hình 4.6 Nồng độ SS ở giai đoạn 1 41
Hình 4.7 Hiệu quả xử lý SS giai đoạn 1 42
Hình 4.8 Chỉ số SVI ở giai đoạn 1 43
Hình 4.9 Giá trị độ đục ở giai đoạn 1 43
Hình 4.10 Hiệu quả xử lý độ đục giai đoạn 1 44
Hình 4.11 Hiệu quả xử lý nitơ giai đoạn 1 44
Hình 4.12 Hiệu quả xử lý TKN 46
Hình 4.13 Thành phần TKN trong nước thải đầu ra giai đoạn 1 46
Hình 4.14 Quá trình nitrat của UMBR giai đoạn 1 47



v

Hình 4.15 Hiệu quả xử lý Photpho 49

Hình 4.16 Hiệu quả xử lý Phospho 49
Hình 4.17: Hiệu quả xử lý COD giai đoạn 2 51
Hình 4.18: Hiệu quả xử lý COD ở bể UMBR và mô hình pilot giai đoạn 2 52
Hình 4.19 Hiệu quả xử lý BOD
5
tại giai đoạn 2 52
Hình 4.20 Hiệu quả xử lý BOD
5
tại bể UMBR và mô hình pilot giai đoạn 2 53
Hình 4.21 Hiệu quả xử lý độ màu ở giai đoạn 2 54
Hình 4.22 Hiệu quả xử lý SS giai đoạn 2 55
Hình 4.23 Nồng độ nitơ giai đoạn 2 56
Hình 4.24 Hiệu quả loại bỏ TN giai đoạn 2 56
Hình 4.25 Quá trình nitrat ở giai đoạn 2 58
Hình 4.26 Hiệu quả xử lý Phospho giai đoạn 2 59
Hình 4.27 Giá trị pH trong giai đoạn 2 59
Hình 4.28 Nồng độ DO ở giai đoạn 1 và 2 60
Hình 4.29 MLSS tại bể UMBR 61
Hình 4.30 Giá trị tỷ số MLVSS/MLSS 61
Hình 4.31 Giá trị nitơ tại mô hình UMBR và LMX 65
Hình 4.32 Gía trị SS, COD và độ màu 65

vi

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
UMBR : upflow multi-layer bioreactor
RAS : Thời gian tuần hoàn bùn
TNK : Tổng Nito Kjedahl
RBOM : Cacbon dễ phân hủy sinh học
Aerobic : Qúa trình hiếu khí/ điều kiện kị khí/ bể xử lý hiếu khí
Anaerobic : Quá trình kị khí/ điều kiện kị khí/ bể xử lý kị khí
Anoxic : Quá trình thiếu khí/ điều kiện thiếu khí/ bể xử lý thiếu khí
AOB : Ammonium Oxidation Bacteria (Vi khuẩn oxy hóa ammoni thành
nitrit)
BOD
5
: Biological Oxygen Demand (Nhu cầu oxy sinh học cho 5 ngày)
COD : Chemical oxygen demand (Nhu cầu oxy hóa học)
DO : Oxy hòa tan
F/M : Food/microorganism (Dinh dưỡng/thức ăn)
HRT : Thời gian lưu nước
NH4-N : Ammonium Nitrogen (ammoni tính theo nitơ)
NO2-N : Nitrite Nitrogen (nitrit tính theo nitơ)
NO3-N : Nitrate Nitrogen (nitrat tính theo nitơ)

OR- N : Organic nitrogen (Nitơ hữu cơ)
QCVN 24: 2009/BTNMT . Quy Chuẩn Việt Nam về nước thải công nghiệp
SRT : Sludge Retention Time (thời gian lưu bùn)
SS : Suspended Solid (Chất rắn lơ lửng)
T-N : Total Nitrogen (tổng nitơ)
TKN : Total Kjeldahl Nitrogen (Tổng nitơ Kjeldahl)



vii

UASB : Up-flow Anaerobic Sludge Blanket (Bể dòng chảy ngược qua
tầng bùn kị khí)


1

CHƯƠNG I
MỞ ĐẦU
1.1 Tính cấp thiết của để tài
Trong những năm gần đây, tốc độ đô thị hóa, công nghiệp hóa tại
TPHCM đã gia tăng mạnh mẽ và đang có xu hướng tiếp tục tăng mạnh trong
những năm tới. Các khu công nghiệp (KCN) đang là địa chỉ hấp dẫn đối với các
nhà đầu tư trong và ngoài nước, đóng vai trò quan trọng trong việc thu hút đầu
tư, tạo nguồn vốn quan trọng cho đầ
u tư phát triển kinh tế - xã hội của đất nước,
đa dạng hoá nguồn vốn đầu tư phát triển kết cấu hạ tầng.
Tuy nhiên, bên cạnh các lợi ích to lớn mà các KCN tạo ra thì các KCN
này cũng gây ra không ít các tác động tiêu cực đối với môi trường và hệ sinh
thái. Trong thời gian vừa qua các hệ thống xử lý nước thải của KCN không đạt

hiệu quả, dẫn đến tình trạng ô nhiễm nước ảnh hưởng đến khu v
ực xung quanh.
Hiện nay có nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng trong công nghệ
xử lý nước thải công nghiệp. Phương pháp ứng dụng công nghệ sinh học đang
được sử dụng phổ biến nhất trong hầu hết các hệ thống xử lý. Thường thì một hệ
thống xử lý được đánh giá bởi hiệu quả của việc xử lý như khả năng loại bỏ
BOD, Nitơ hay photpho.v.v., khả
năng áp dụng của chúng cũng như giá thành
của hệ thống và quá trình vận hành, bảo dưỡng thiết bị.
Nghiên cứu công nghệ Upflow Multi-layer Bioreactor (UMBR) để xử lý
nước thải khu công nghiệp, là công nghệ kết hợp ba quá trình kị khí, thiếu khí,
vùng nén bùn trong một đơn vị xử lý nước thải. Đây chính là điểm khác với hệ
thống xử ký bùn hoạt tính kinh điển, thường tách rời ba quá trình nên tốc độ và
hiệu quả
xử lý thấp. Với sự kết hợp này sẽ đơn giản hoá hệ thống xử lý, tiết kiệm
vật liệu, năng lượng chi phí cho quá trình xây dựng và vận hành hệ thống, đồng
thời hệ thống có thể xử lý nước thải với tải lượng hữu cơ cao. Vì những lý do
thiết yếu đó, đề tài “ nghiên cứu bể sinh học nhiều lớp chảy ngược xử
lý nước
thải khu công nghiệp” được tiến hành.


2

1.2 Mục đích nghiên cứu
9 Nghiên cứu ảnh hưởng của lưu lượng tuần hoàn nội bộ (IR) đến hiệu quả
xử lý chất hữu cơ, nitơ và photpho.
9 Xác định tải trọng COD thích hợp của quá trình UMBR cho nước thải
công nghiệp
9 Nghiên cứu khả năng ứng dụng mô hình bể sinh học UMBR đối với xử lý

nước thải khu công nghiệp.
1.3 Đối tượng và ph
ạm vi nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là nước thải từ Khu công nghiệp Lê Minh Xuân,
Huyện Bình Chánh, Thành phố Hồ Chí Minh, đã qua quá trình keo tụ - tạo bông
– lắng của trạm xử lý nước thải tập trung.
1.4 Nội dung nghiên cứu
9 Nghiên cứu quá trình khử carbon (COD, BOD), nitrate hoá, khử nitrate,
quá trình khử photpho đối với nước thải khu công nghiệp.
9 Nghiên cứu hiệu quả xử lý nước thải khu công nghiệp giữa công nghệ
UMBR và công nghệ bùn hoạt tính thông thường.
9 Chọn thông số tối ưu cho việc thiết kế và vận hành mô hình khi ứng dụng
công nghệ UMBR vào thực tế.
1.5 Phương pháp nghiên cứu
Để thực hiện các nội dung nghiên cứu nêu trên, đã thực hiện các phương
pháp nghiên cứu sau đây:
9 Điều tra khảo sát, thu thập thông tin hiện trạng ngành nghề sản xuất của
khu công nghiệp Lê Minh Xuân.
9 Tổng quan tài liệu đã nghiên cứu, ứng dụng thực tế
trong và ngoài nước
về công nghệ xử lý UMBR trong các loại nước thải, các yếu tố ảnh hưởng
đến quá trình xử lý nitrat hóa và khử nitrat trong nước thải.
9 Phương pháp phân tích hóa học, sinh học các thông số môi trường của
nước thải trong phòng thí nghiệm.


3

9 Tính toán và xử lý số liệu phân tích bằng các công thức toán học và phần
mềm Excel.

1.6 Ý nghĩa đề tài
1.6.1 Tính mới của đề tài
Hiện nay, công nghệ upflow multi-layer bioreactor (UMBR), kết hợp các
khả năng xử lý COD, BOD, Nitơ và Photpho cùng một lúc trong một hệ thống
với hiệu quả cao đối với nước thải công nghiệp là công trình đầu tiên được thực
hiện ở Việt Nam.
1.6.2 Ý nghĩa khoa học
V ề khoa học, k
ết quả nghiên cứu này là cơ sở lý thuyết đánh giá khả năng
xử lý các chất hữu cơ, nito và photpho trong nước thải công nghiệp, làm tiền đề
nghiên cứu cho các loại nước thải khác.
Mô hình UMBR là công nghệ cải tiến của quá trình bùn hoạt tính trong đó
kết hợp 3 quá trình kị khí, thiếu khí, vùng nén bùn trong một đơn vị xử lý nước
thải. Đây chính là điểm khác với hệ thống xử ký bùn hoạt tính kinh điển, th
ường
tách rời ba quá trình nên tốc độ và hiệu quả xử lý thấp. Đề tài nghiên cứu áp
dụng cho xử lý nước thải chứa chất hữu cơ và chất dinh dưỡng dựa trên nghiên
cứu thực nghiệm có cơ sở khoa học và thực tế.
Toàn bộ kết quả nghiên cứu của luận văn được thu thập từ quá trình
nghiên cứu thực nghiệm cụ thể, có căn cứ khoa học rõ ràng. Các số li
ệu thu thập
thông qua quá trình thực nghiệm được xử lý bằng các phương pháp thống kê toán
học trên phần mềm Excel nên đảm bảo tính khoa học của đề tài.
1.6.3 Ý nghĩa thực tiễn
K ết quả của đề tài cũng là cơ sở để triển khai ứng dụng công nghệ upflow
multi-layer bioreactor (UMBR) trong xử lý nước thải công nghiệp với chi phí
đầu tư cơ bản và vận hành cạnh tranh hơn so với phương pháp xử lý bùn ho
ạt
tính thông thường. Hơn nữa, kết quả đề tài cũng làm tiền đề áp dụng cho các loại
nước thải có nồng độ Nito cao từ một số lĩnh vực như: Nước thải sinh hoạt, nước

4

thải y tế, nước thải từ lò mổ, nước thải chăn nuôi heo, nhà máy chế biến cafe,
thực phẩm và một số ngành nghề khác…
Việc nghiên cứu mô hình UMBR ứng dụng kết hợp ba quá trình sinh học:
kị khí, thiếu khí, hiếu khí trong một đơn vị xử lý nước thải nhằm đơn giản hóa hệ
thống mà vẫn mang lại hiệu quả xử lý cao. Vì vậy việc ứng dụng công nghệ
UMBR cho x
ử lý nước thải khu công nghiệp mang tính thực tiễn cao.














5

CHƯƠNG II
GIỚI THIỆU TỔNG QUAN
2.1. Giới thiệu chung về nước thải công nghiệp

2.1.1. Nguồn gốc nước thải công nghiệp
Nước thải công nghiệp là nước thải được sinh ra trong quá trình sản xuất công
nghiệp từ các công đoạn sản xuất và các hoạt động phục vụ cho sản xuất như
nước thải khi tiến hành vệ sinh công nghiệp hay hoạt động sinh hoạt của công
nhân viên.
Nước thải công nghiệp rất đa dạng, khác nhau về thành phần cũng như lượng
phát thải và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loại hình công nghiệp, loại hình
công nghệ sử dụng, tính hiện đại của công nghệ, tuổi thọ thiết bị, trình độ quản lý
của cơ sở và ý thức của cán bộ công nhân viên. Loại nước thải này có thể bị ô
nhiễm do các tạp chất có nguồn gốc vô cơ hoặc hữu cơ. Thành phầ
n của chúng
có thể có chứa các dạng vi sinh vật (đặc biệt là nước thải của các nhà máy giết
mổ, nhà máy sữa, bia, dược phẩm), cũng như các chất độc hại. Nước thải công
nghiệp không được xử lý thích đáng sẽ là một trong những nguồn gây ô nhiễm
môi trường nghiêm trọng.

2.1.2. Thành phần và tác hại của nước thải công nghiệp
¾ BOD, COD: gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận, tạo môi trường yếm khí
làm cho nước có mùi hôi thối và làm giảm pH của môi trường.
¾ Vi trùng gây bệnh: gây ra các bệnh truyền nhiễm lan truyền bằng đường
nước như tiêu chảy, ngộ độc thức ăn.
¾ Các dưỡng chất N và P: nồng độ trong nước quá cao dẫn đến hiện tượng
phú dưỡng hóa
ảnh hưởng đến hệ thủy sinh vật.
¾ Màu: gây mất mỹ quan.
¾ Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt.


6

¾ Kim loại nặng: gây ức chế các quá trình xử lý sinh học và có khả năng gây
ung thư cao.
2.1 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải công nghiệp
Phương pháp
xử lý
Nội dung


Phương pháp
cơ học

Các phương pháp cơ học thường được sử dụng gồm: lắng,
trộn, tuyển nổi… Phương pháp xử lý cơ học được sử dụng dựa
vào các lực vật lý như lực trọng trường, lực ly tâm…để tách
các chất không hòa tan, các hạt lơ lửng có kích thước đáng kể
ra khỏi nước thải.
Ưu điểm: ph
ương pháp tương đối đơn giản, mức chi phí
thấp, hiệu quả trong việc xử lý chất lơ lửng.


Phương pháp
hóa học

Các phương pháp hóa học gồm có: oxy hóa khử, tạo kết tủa
hoặc phản ứng phân hủy các chất độc hại. Cơ sở của phương
pháp này là dựa vào các phản ứng hóa học giữa các chất ô
nhiễm và hóa chất thêm vào.
Ưu điểm: hiệu quả xử lý cao, thường được dùng trong các
hệ thống xử lý nước thải khép kín.

Nhược đi
ểm: chi phí vận hành cao, không thích hợp cho các
hệ thống xử lý nước thải có quy mô lớn.


Phương pháp
hóa lý

Các phương pháp hóa lý bao gồm: keo tụ, tuyển nổi, trao đổi
ion, hấp phụ…Bản chất của phương pháp này là áp dụng các
quá trình vật lý và hóa học để đưa chất phản ứng nào đó vào
nước thải nhằm gây tác động đến các chất ô nhiễm, biến đổi
hóa học để tạo thành các chất dễ xử lý và không gây ô nhiễm
môi trường. Phương pháp xử lý hóa lý có thể kết hợp với các
phương pháp cơ học, hóa học, sinh học.

Phương pháp
sinh học

Bản chất của phương pháp sinh học trong quá trình xử lý
nước thải là sử dụng khả năng sống và hoạt động của các vi
sinh vật có ích để phân hủy các chất hữu cơ và các thành phần
ô nhiễm có trong nước thải.
Ưu điểm: rẻ tiền, sản phẩm phụ có thể tận dụng làm phân
bón (bùn hoạt tính) hoặc tái sinh năng lượng (khí metan).


7

2.2 Giới thiệu khu công nghiệp Lê Minh Xuân.

Khu công nghiệp Lê Minh Xuân (KCN LMX) được thành lập vào cuối
năm 1996 và đầu 1997, với mục tiêu tiếp nhận những doanh nghiệp sản xuất
công nghiệp xen kẽ trong khu dân cư gây nhiễm môi trường ở thành phố. KCN
LMX đã thu hút nhiều nhà đầu tư trong và ngoài nước trong đó có rất nhiều các
doanh nghiệp sản xuất công nghiệp ô nhiễm, các doanh nghiệp vừa và nhỏ. Do
vậy, KCN LMX được biết đến như một KCN tậ
p trung các ngành nghề ô nhiễm
cao như dệt nhuộm, xi mạ, hóa chất, .v.v.


Hình 2.1 Vị trí địa lý khu công nghiệp Lê Minh Xuân
Hiện tại, KCN có 156 doanh nghiệp đang hoạt động, trong đó có 15 công
ty sản xuất hóa chất, thuốc bảo vệ thực vật; 16 công ty dệt nhuộm; 15 công ty sản
xuất chất dẻo và sản phẩm nhựa; 24 công ty, cơ sở cơ khí, xi mạ, v.v… Hiện
trạm xử lý nước thải tập trung (TXLNTTT) của khu công nghiệp có 2 đơn
nguyên với tổng công suất thiết kế 4.000 m
3
/ngày. đêm. Công suất này không
đáp ứng với tổng lượng nước thải phát sinh từ các doanh nghiệp hiện nay. Công
suất thực tế trong quý 4 năm 2008 là 4.000-5.500 m
3
/ngày đêm.


8

Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải KCN Lê Minh Xuân

N
g
uồn
Nguồn tiếp nhận
Bùn d
ư

Bùn tuần hoàn
Sục khí
Chôn lấp

Hố thu
Bể tách dầu
Máy tách rác
Bể cân bằng
Bể lắng sơ cấp
Máy ép bùn
Bể nén bùn
Bể khử t
r
ùn
g
Bể lắng thứ cấp
polymer
Bón cây
NaOCl
Váng nổi
NaO
HCl
Sục khí
Bể nâng pH
Bể keo tụ
Bể tạo bông
PAC
Polymer
Bể trung hoà
Bể phân phối
Bể bùn hoạt
NaOH
Nước rỉ
Thùng chứa

9

 Hiệu quả xử lý của trạm xử lý nước thải tập trung
Trạm xử lý tiếp nhận nước thải đầu vào từ doanh nghiệp trên lý thuyết
phải đạt tiêu chuẩn cột C TCVN 5945-2005. Với công nghệ được áp dụng, chất
lượng nước sau xử lý đạt cột B, QCVN 24:2009/BTNMT trước khi xả thải vào
kênh 8. Mẫu nước thải sau xử lý tại TXLNTTT được phân tích mỗi ngày tại
Phòng Thí Nghiệm của KCN và
được gửi phân tích theo từng thời điểm tại trung
tâm Công Nghệ Môi Trường - CENTEMA.
Số liệu phân tích cho thấy về dài hạn, hiệu quả xử lý của TXLNTTT
tương đối cao. Tuy nhiên nước thải sau xử lý của TXLNTTT một số ngày không
đạt theo quy chuẩn QCVN 24:2009/BTNMT, cột B.
Nguyên nhân có thể là do thành phần và tính chất thiếu ổn định của nước
thải đầu vào xuất phát từ việc kiểm soát không tốt chất lượng nước thải sau x
ử lý
cục bộ tại doanh nghiệp, tình trạng doanh nghiệp xả thải mà không qua xử lý cục
bộ và sự quá tải của trạm xử lý vào một số thời điểm nhất định.
Nếu căn cứ theo quy chuẩn QCVN 24:2009/BTNMT (COD = 90 mg/L)
thì chất lượng nước sau xử lý của TXLNTTT đạt tiêu chuẩn môi trường ngoại trừ
chỉ tiêu Zn. Đánh giá chung, TXLNTTT của KCN LMX đạt hiệu quả cao, có khả
năng chịu tả
i tương đối tốt, người vận hành có chuyên môn và kinh nghiệm.
Bảng 2.1 Chất lượng nước thải đầu vào – đầu ra trạm XLNTTT
STT Chỉ tiêu Đơn vị
Kết quả
QCVN
24:2009/BTNM

T Cột B
Trước
xử lý
Sau xử lý
1
Độ màu thực
ở pH=7
Pt-Co 300 108 70
2 COD mg/L 3159 80 100
3 BOD
5
mg/L 550 6 50
4 TSS mg/L 3775 13 100
5 Nitơ tổng mg/L 143,4 6,1 30
6 Phospho tổng Mg/L 9,37 0,56 6


10

7 Fe tổng mg/L 270 0,38 5
8 As mg/L 0,072 0,028 0,1
9 Hg mg/L
KPH
(<0,001)
KPH
(<0,001)
0,01
10 Cr
3+
mg/L 12,18

KPH
(<0,001)
1
11 Zn mg/L 57,28 4.2 3
12 Coliform
MPN/100
mL
15x10
4
KPH(<0,001) 5000
(Đơn vị phân tích: Trung Tâm Công Nghệ và Quản Lý Môi Trường, 15/12/2010)
2.3 Tổng quan về quá trình loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải
Cùng với Phospho trong nước thải, Nitơ là nguồn chính gây nên phú
dưỡng hóa bề mặt nước. Vì lý do đó, Nitơ cần phải được loại bỏ cùng với các
chất hữu cơ khác trong quá trình xử lý nước thải. Trái ngược với các dạng
phosphat không hòa tan, kết tủa với nhiều kim loại nặng và có thể được tách b
ởi
quá trình lắng hoặc quá trình tạo bông, tất cả các thành phần nitơ, ngoài trừ
mangan ammonium phostphat (MnNH
4
PO
4
), dễ dàng hòa tan trong nước, vì vậy
không thể loại chúng bằng phương pháp hóa học như quá trình kết tủa. Để loại
bỏ Nitơ dạng amin và các hợp chất Nitơ dị vòng khác, quá trình chuyển hóa các
hợp chất này thành ammonia là gia đoạn đầu tiên trong quá trình xử lý hiếu khí
hoặc kị khí, sau đó xảy ra quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa tiếp theo. Vì vậy
tùy thuộc vào các hợp chất Nitơ trong nước thải, việc loại bỏ Nitơ đòi hỏi phả
i
trải qua 3 quá trình: amon hóa, nitrat hóa và khử nitrat hóa (Gensicke et al., 1998;

Zayed and Winter, 1998)
2.3.1 Quá trình nitrat hóa
♦ Mô tả quá trình nitrat hóa

Nitrat hóa lần lượt bao gồm 2 bước nitrat hóa ammonium và nitrat hóa
nitrite nhờ vào 2 chủng vi khuẩn tự dưỡng: Vi khuẩn oxy hóa ammonia (AOB)
và vi khuẩn oxy hóa nitrite (NOB). Trong bước nitrat hóa ammonium,