Nghiên cứu xử lý nitơ và phốtpho trong nước thải chăn nuôi lợn bằng hệ bùn hoạt tính AAO cải tiến

ÐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ÐẠI HỌC NÔNG LÂM



ĐÀO THỊ ÁNH DƯƠNG


Tên đề tài:
“NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NITƠ VÀ PHỐTPHO TRONG NƯỚC THẢI
CHĂN NUÔI LỢN BẰNG HỆ BÙN HOẠT TÍNH AAO CẢI TIẾN”



KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC




Hệ đào tạo : Chính quy
Chuyên ngành : Khoa học môi trường
Khoa : Môi trường
Khóa học : 2013 - 2015

Giảng viên hướng dẫn: PGS.TS. Đỗ Thị Lan
Khoa Môi trường - Trường Đại học Nông Lâm Thái Nguyên

Thái Nguyên, năm 2014




LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian thực tập làm khóa luận tốt nghiệp, ngoài sự cố gắng, nỗ
lực của bản thân em còn nhận được rất nhiều sự giúp đỡ từ gia đình, bạn bè,
sự tận tình chỉ bảo của các thầy cô giáo và các cán bộ khoa học công tác tại
Trung tâm nghiên cứu Công nghệ Môi trường và Phát triển Bền vững
(CETASD)- Đại học Khoa học Tự nhiên - Đại học Quốc gia Hà Nội.
Trước tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Lê Văn Chiều -
Trưởng Phòng Công nghệ Trung tâm nghiên cứu Công nghệ Môi trường và Phát
triển Bền vững (CETASD)
-
người đã dìu dắt giúp đỡ em trong những bước đầu
tiên tiên và tận tình hướng dẫn trong suốt thời gian em làm khóa luận.
Bên cạnh đó, em cũng xin gửi lời cảm ơn đến toàn thể cán bộ công tác
tại Phòng Công nghệ - Trung tâm nghiên cứu Công nghệ Môi trường và Phát
triển Bền vững (CETASD) đặc biệt là Ths. Nguyễn Trường Quân, Nguyễn
Việt Hà, Nguyễn Thị Trang và Võ Thị Thanh Tâm những người đã trực tiếp
hướng dẫn, chỉ bảo tận tình và tạo điều kiện thuận lợi trong suốt thời gian em
làm việc tại đây.
Em xin chân thành cảm ơn tới PGS.TS Đỗ Thị Lan và các thầy cô trong
khoa Môi trường - Trường Đại học Nông lâm Thái Nguyên - Đại học Thái
Nguyên là những người đầu tiên không chỉ mang đến cho em niềm đam mê

mà còn truyền đạt cho em rất nhiều kiến thức bổ ích, tận tình giúp đỡ cho em
trong những năm học tập và rèn luyện tại trường.
Cuối cùng em xin cảm ơn đến gia đình bạn bè, những người luôn tin
tưởng và cổ vũ cho em trong suốt thời gian qua, để em có thể hoàn thành tốt
đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên


ĐÀO THỊ ÁNH DƯƠNG




DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1. Một số đặc trưng vận hành hệ thống xử lý sinh học 6
Bảng 2.2. Hợp chất photpho và khả năng chuyển hóa 7
Bảng 3.1. Chất lượng nước thải dự kiến đưa vào hệ pilot để khảo sát 23
Bảng 4.1. Thành phần nước thải trại lợn sau pha loãng 26
Bảng 4.2. Tổng hợp các kết quả khảo sát hệ xử lý AAO cải tiến 40

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1. Một số cấu trúc điển hình của màng vi sinh (dạng xếp lớp, dạng
hình nấm, dạng hợp lưu và dạng lông mao; kể từ trên xuống, từ trái
sang phải) 11
Hình 2.2. Vật liệu mang xốp dạng khối lập phương hình a (sản phẩm thương
phẩm của nghiên cứu), hình b (sản phẩm của Hàn Quốc) 15
Hình 2.3. Sơ đồ công nghệ theo kỹ thuật màng vi sinh tầng chuyển động 15
Hình 2.4. Sơ đồ công nghệ theo kỹ thuật màng vi sinh tầng tĩnh. 15
Hình 3.1. Mô tả nguyên lý hoạt động 21
Hình 4.1. Diễn biến của COD trong chế độ thời gian lưu (HRT) = 24 giờ 27
Hình 4.2. Diễn biến của tổng N trong chế độ thời gian lưu (HRT) = 24 giờ . 28
Hình 4.3. Diễn biến của NH
4
+
trong chế độ thời gian lưu (HRT) = 24 giờ 29
Hình 4.4. Diễn biến của NO
3
-
trong chế độ thời gian lưu (HRT) = 24 giờ 30
Hình 4.5. Diễn biến của octophotphat và tổng P trong chế độ HRT = 24 giờ 30

Hình 4.6. Hiệu suất xử lý các thành phần N và P trong chế độ HRT = 24 giờ 31
Hình 4.7. Diễn biến của COD trong chế độ thời gian lưu (HRT): 36 giờ, Qr =
7,2 m
3
/h 32
Hình 4.8. Diễn biến của N tổng trong chế độ thời gian lưu (HRT): 36 giờ, Qr
= 7,2 m
3
/h 33
Hình 4.9. Diễn biến của NH
4
+
trong chế độ thời gian lưu tổng số (HRT): 36
giờ, Qr = 7,2 m
3
/h 33
Hình 4.10. Diễn biến của NO
3
-
trong chế độ HRT: 36 giờ, Qr = 7,2 m
3
/h 34
Hình 4.11. Diễn biến của octophotphat và P tổng trong chế độ HRT: 36 giờ,
Qr = 7,2 m
3
/h 35
Hình 4.12. Hiệu suất xử lý các thành phần N và P trong chế độ thời gian lưu
tổng số (HRT): 36 giờ, Qr = 7,2 m
3
/h 35

Hình 4.13. Diễn biến của COD trong chế độ thời gian lưu tổng số (HRT): 36
giờ, có vật liệu xốp PU 36
Hình 4.14. Diễn biến của N tổng trong chế độ thời gian lưu tổng số (HRT): 36
giờ, có vật liệu xốp PU 37




Hình 4.15. Diễn biến của NH
4
+
trong chế độ HRT: 36 giờ, có vật liệu xốp PU 38
Hình 4.16. Diễn biến của NO
3
-
trong chế độ HRT: 36 giờ, có vật liệu xốp PU 38
Hình 4.17. Diễn biến của otophotphat và P tổng trong chế độ thời gian lưu
tổng số (HRT): 36 giờ, có vật liệu xốp PU 39
Hình 4.18. Hiệu suất xử lý các thành phần N và P trong chế độ thời gian lưu
tổng số (HRT): 36 giờ, có vật liệu xốp PU 40
Hình 4.19.Thiết lập quan hệ giữa tải lượng và năng suất xử lý 42

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

AAO Anaerobic - anoxic - oxic Yếm khí - thiếu khí - hiếu khí
BOD Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxi sinh hóa
BTNMT Bộ tài nguyên môi trường
COD Chemical Oxygen Demand Nhu cầu oxi hóa học
COD
t
COD tổng
COD
ht
COD hòa tan
HSXL Hiệu suất xử lý
HRT Hydrcalic Residence time Thời gian lưu
PAO Polyphosphate Accumulatin
Organisms
Vi khuẩn tích lũy photpho
QCVN Quy chuẩn Việt Nam
NSXL Năng suất xử lý
T-N Tổng số nito
T-P Tổng số photphat
TSS Tổng chất rắn lơ lửng

MỤC LỤC


PHẦN 1: MỞ ĐẦU 1
1.1. Đặt vấn đề 1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu 2
1.3. Mục đích nghiên cứu 2
1.4. Ý nghĩa của đề tài 2
1.4.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học 2
1.4.2. Ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất 2
PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 4
2.1. Các cơ sở nghiên cứu của đề tài 4
2.1.1. Nước thải giàu N, P 4
2.1.2. Xử lý hợp chất N 5
2.1.3. Xử lý hợp chất P 7
2.1.4. Xử lý đồng thời hợp chất vô cơ 8
2.1.5. Xử lý thành phần chứa N, P bằng công nghệ vi sinh 9
2.1.6. Công nghệ màng vi sinh 10
2.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 16
2.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới 16
2.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước 17
PHẦN 3: ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP
NGHIÊN CỨU 20
3.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 20
3.1.1. Đối tượng nghiên cứu 20
3.1.2. Phạm vi nghiên cứu 20
3.2. Địa điểm và thời gian tiến hành 20
3.2.1. Địa điểm tiến hành 20
3.2.2. Thời gian tiến hành 20
3.3. Nội dung nghiên cứu 20

3.4. Phương pháp nghiên cứu 21
3.4.1. Phương pháp bố trí thí nghiệm 21




3.4.2. Phương pháp thực nghiệm 24
3.4.3. Các phương pháp phân tích 24
3.4.4. Các phương pháp thu thập số liệu 25
PHẦN 4: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 26
4.1. Diễn biến thành phần nước thải 26
4.2. Đánh giá các chế độ 27
4.2.1. Chế độ thời gian lưu nước 24h, Qr = 7,2 m
3
/ h 27
4.2.2. Chế độ thời gian lưu nước 36 giờ, Qr = 7,2 m
3
/h 31
4.2.3. Chế độ thời gian lưu nước 36 giờ, có vật liệu xốp PU gắn biofilm 36
4.3. Mối quan hệ giữa năng suất xử lý và tải lượng 41
PHẦN 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 43
5.1. Kết luận 43
5.2. Kiến nghị 43
TÀI LIỆU THAM KHẢO 44
I. Tài liệu tiếng Việt 44
II. Tài liệu tiếng Anh 45
PHỤ LỤC
1

PHẦN 1: MỞ ĐẦU

1.1. Đặt vấn đề
Cùng với sự phát triển của xã hội, vấn đề ô nhiễm môi trường cũng
ngày càng trở nên đáng báo động, trong đó có vấn đề ô nhiễm nước.
Tác nhân gây ô nhiễm môi trường trong nước là các chất có khả năng
chuyển hoá thành các chất khác và các chất bền tác động đến cân bằng sinh
thái trong môi trường nước nhận.
Rất nhiều hợp chất gây ô nhiễm trong nước thải có khả năng chuyển
hoá cao trong môi trường nước tự nhiên thông qua các phản ứng hoá học, sinh
hoá, quang hoá và tác động đến cân bằng sinh thái của môi trường.
Thành phần gây ô nhiễm trong nước thải, xét về khía cạnh tác động gây
hại và giải pháp công nghệ xử lý, có thể chia thành ba nhóm chính: chất hữu
cơ có khả năng sinh hủy, thành phần dinh dưỡng và loại hợp chất hóa học cần
đặc biệt quan tâm.
Nitơ và photpho là hai nguyên tố cơ bản của sự sống, có mặt ở tất cả
các hoạt động liên quan đến sự sống và trong rất nhiều ngành nghề sản xuất
công nghiệp, nông nghiệp. Hợp chất hoá học chứa nitơ, photpho được gọi là
thành phần dinh dưỡng trong phạm trù nước thải và là đối tượng gây ô nhiễm
khá trầm trọng cho môi trường.
Tác dụng xấu của nước thải lên môi trường được con người nhận biết
từ lâu và luôn tìm cách hạn chế. Kỹ thuật hay công nghệ xử lý nước thải có
thể được đặc trưng bởi trình độ phát triển qua các giai đoạn: xử lý sơ cấp, thứ
cấp và bậc ba (phương pháp tiên tiến).
Rất nhiều các giải pháp kỹ thuật được sử dụng để xử lý nước thải đã và
đang được sử dụng trong các điều kiện khác nhau như kỹ thuật huyền phù, cố
định vi sinh trên chất mang, kỹ thuật bùn hoạt tính, đĩa quay, lọc nhỏ giọt,
tầng cố định, tầng giãn nở, tầng linh động (lưu thể) hoặc tổ hợp (lai ghép) của
các kỹ thuật trên. Mỗi phương pháp kỹ thuật đều có những ưu, nhược điểm
riêng. Xử lý các thành phần gây ô nhiễm trong nước thải đòi hỏi mức độ phát
triển công nghệ khác nhau. Việc xử lý mức độ khó và chi phí tốn kém đối với

việc xử lý các chất thải chứa thành phần chứa chất dinh dưỡng hay các hợp
2



chất hoá học đặc biệt nêu trên.
Nhận biết được mức độ gây hại của thành phần dinh dưỡng trong nước
thải, vào thập kỷ 90, một loạt các nước công nghiệp đề ra chiến lược và qui
định kiểm soát các yếu tố trên.
Công nghệ xử lý nước thải luôn được phát triển và hoàn thiện trên cơ
sở những thành tựu mới về khoa học, kỹ thuật nhằm hạ giá thành xây dựng và
vận hành hệ thống xử lý nước thải cũng như nâng cao chất lượng nước sau
khi xử lý. Tuy nhiên hiện nay việc xử lý nước thải nói chung và nước thải
giàu N, P nói riêng theo hướng áp dụng các kỹ thuật sinh học được chú trọng
phát triển mạnh trong thời gian gần đây do chúng có tính bền vững, thích nghi
với nhiều điều kiện trong tự nhiên.
Từ các lý do trên em lựa chọn thực hiện đề tài:
“Nghiên cứu xử lý nitơ và phốtpho trong nước thải chăn nuôi lợn
bằng hệ bùn hoạt tính AAO cải tiến”
1.2. Mục tiêu nghiên cứu
- Đánh giá các chế độ vận hành hệ xử lý phối hợp đồng thời nitơ và
phốtpho hệ thí nghiệm quy mô phòng thí nghiệm, đánh giá ảnh hưởng của
thời gian lưu, tải lượng đến khả năng xử lý N và P.
- Thiết lập quan hệ tải lượng hữu cơ - năng suất xử lí N và P, nhằm đưa ra
giá trị thông số thiết kế áp dụng cho các hệ thống qui mô lớn trong thực tiễn.
1.3. Mục đích nghiên cứu
Đánh giá số liệu, hiệu chỉnh vận hành phù hợp; đề xuất hiệu chỉnh cho
quy trình tổng thể hợp nhất xử lý nước thải giàu N, P. Đánh giá hiệu quả kinh
tế của đề tài.
1.4. Ý nghĩa của đề tài

1.4.1. Ý nghĩa trong học tập và nghiên cứu khoa học
+ Vận dụng kiến thức đã học
+ Nâng cao tay nghề
1.4.2. Ý nghĩa trong thực tiễn sản xuất
Ý nghĩa thực tiễn của việc áp dụng công nghệ sinh học trong xử lý
nước thải là vô cùng quan trọng trong đời sống. Vừa mang lại lợi ích cho kinh
3



tế, vừa mang lại lợi ích cho xã hội lẫn môi trường. Có thể kể những ý nghĩa
quan trọng như:
+ Ứng dụng sinh học như một vòng tuần hoàn tự nhiên khép kín, xử lý
chất thải hiệu quả mà không mang lại ảnh hưởng xấu hoặc biến đổi bất lợi
khác cho môi trường. Chất lượng nước đầu ra sạch hơn và có tính chất như
nước tự nhiên. Vai trò của Công nghệ sinh học trong xử lý nước thải.
+ Công nghệ sinh học là công cụ xử lý triệt để và chủ động trên thành
phần và tính chất nước thải, không cần thiết có sự can thiệp trực tiếp của con
người vào quá trình xử lý tự nhiên. Thuận tiện trong công tác vận hành và
quản lý.
+ Tiết kiệm kinh phí trong việc xử lý nước thải. Chi phí cho các biện
pháp sinh học thường thấp hơn chi phí cho các biện pháp xử lý khác. Bên
cạnh đó chi phí quản lý cũng thấp do việc quản lý đơn giản hơn.
+ Những chất không bị phân hủy trong nước thải công nghiệp trước giờ.

4



PHẦN 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU

2.1. Các cơ sở nghiên cứu của đề tài
2.1.1. Nước thải giàu N, P
Nước thải giàu nitơ, photpho là những loại nước thải khá phổ biến, có
lẽ trừ công nghiệp phân bón (sản xuất phân nitơ, photpho) phần lớn các loại
nước thải kiểu này đều có nguồn gốc hữu cơ, do đó chúng phổ biến ở những
nước có nền nông nghiệp đang phát triển-có nền chăn nuôi đang phát triển, có
nhu cầu lớn về phát triển công nghiệp chế biến các nông - hải sản như Việt
Nam. Chúng là nước thải chăn nuôi tập trung, nước thải từ các lò giết mổ gia
súc, nước thải công nghiệp chế biến hải sản, nước thải từ các hầm cầu (tiền)
xử lí phân, từ các bể metan phân hủy bùn sinh học của các trạm hay nhà máy
xử lí nước thải mà Việt Nam bắt đầu xây dựng… Nếu sử dụng các kĩ thuật
phản ứng thông dụng và xử lí độc lập từng đối tượng hệ xử lí sẽ rất phức tạp,
kéo theo chi phí xây dựng cơ bản cũng như chi phí vận hành rất cao, khó chấp
nhận (Lê Văn Cát, 2007) [ 1].
Nước thải được coi là giàu nitơ hay photpho về phương diện công nghệ
xử lý (vi sinh) được hiểu trong mối tương quan với chất hữu cơ, ví dụ trong
xử lý hiếu khí thì chỉ khi BOD: N: P vượt tỉ lệ 100: 5:1, trong xử lý yếm khí
thì 900: 5: 1. Xét theo khía cạnh đó thì nước thải chăn nuôi tại Việt Nam (khí

hậu nóng, BOD dễ phân hủy), nước thải sau xử lý yếm khí (nước rác, nước
thải chuồng trại, ủ biogas, nước sau bể phốt) thuộc loại giàu nitơ và photpho.
Nước thải giàu nitơ và photpho còn phụ thuộc vào đặc điểm sinh hoạt: các
công sở, bệnh viện, trường học, trung tâm thương mại, khách sạn có nguồn
nước thải giàu N, P do nguồn thải chủ yếu từ khu vực vệ sinh (chứa ít chất
hữu cơ) (Gaul T, 2002) [11].
Nước thải giàu nitơ, photpho không những được hiểu là có nồng độ cao
mà rộng hơn còn được hiểu là có thải lượng lớn. Ví dụ trong ngành nuôi trồng
thủy sản, nồng độ amoni chỉ khoảng 5g/m
3
, nhưng mỗi lần thải có thể tới
10000m
3
từ một ao nuôi. Riêng tại Việt Nam hiện có trên 5000 trạm nuôi
giống đang hoạt động, hàng ngày thải vào môi trường nhiều chục tấn nitơ (Lê
Văn Cát, 2012) (Lê Văn Cát và cs., 2006) [2,3].
5



Vì vậy khi nói về tính chất giàu nitơ, photpho là nói đến tải lượng của
nguồn thải, nguồn đó chứa ít chất hữu cơ (so với tỷ lệ trên), là loại hình nước
thải phổ biến có lưu lượng thải lớn và khó xử lý.
2.1.2. Xử lý hợp chất N
Xử lý hợp chất nitơ có thể thực hiện bằng các biện pháp hóa lý (hóa
học), vật lý hoặc sinh học dựa trên các nguyên tắc chuyển hóa thành hợp chất
khác hoặc tách loại, cách ly chúng ra khỏi môi trường nước.
- Chuyển hóa các hợp chất nitơ thành dạng khí, thâm nhập vào bầu khí
quyển. Con đường chuyển hóa này có thể thực hiện bằng phương pháp sinh
học thông qua các quá trình liên tiếp nitrat hóa (oxy hóa amoniac) và khử

nitrat (khử nitrat với tư cách là chất oxy hóa và chất hữu cơ carbon là chất
khử). Thực hiện phản ứng oxy hóa khử trực tiếp giữa amoniac với nitrit và
nitrat bằng phương pháp vi sinh (quá trình Anamox). Oxy hóa xúc tác trực
tiếp amoniac thành khí nitơ. Oxy hóa amoniac với clo hoạt động (clo hóa tại
điểm đột biến) (Lê Văn Cát, 2007) [1].
- Chuyển hóa các hợp chất nitơ thành các thành phần trong tế bào của
sinh khối (thực vật và vi sinh vật). Quá trình chuyển hóa trên gắn liền với các
phản ứng sinh hóa xảy ra trong tế bào động, thực vật, trong quá trình quang
hợp của thực vật hay đồng hóa của vi sinh vật. Quá trình trên tồn tại trong tự
nhiên, là cơ sở của phương pháp xử lý bằng các loại thủy thực vật.
- Bốc hơi amoniac vào bầu khí quyển. Phương pháp này thật ra là
chuyển chất ô nhiễm từ nước vào không khí, sau đó phần lớn lại được hấp thụ
trở lại vào môi trường nước ở những vị trí khác. Để thực hiện phương pháp
trên, amoniac phải tồn tại ở dạng bay hơi (trung hòa) và do độ tan của
amoniac trong nước rất lớn nên để thúc đẩy cần phải sục khí với lượng rất lớn
và ở nhiệt độ cao.
- Tách amoniac ra khỏi môi trường nước có thể thực hiện bằng phương
pháp trao đổi ion trên cationit. Các loại nhựa cationit có độ chọn lọc trao đổi
thấp đối với amoni, dung lượng trao đổi động thấp, bị cạnh tranh mạnh bởi
các ion khác có mặt với nồng độ cao như canxi, magie. Loại zeolit tự nhiên
clinoptilolite có khả năng chọn lọc cao đối với amoni có thể được sử dụng
trong một số trường hợp. Nitrat cũng là cấu tử có độ chọn lọc trao đổi ion
6



thấp hầu hết trên các loại nhựa tổng hợp. Trên thị trường có một số anionit
đặc thù dành cho trao đổi nitrat (Lê Văn Cát, 2012) [ 2 ].
Sử dụng một số loại màng thích hợp: màng nanô, màng thẩm thấu
ngược hay điện thẩm tích cũng tách được các hợp chất nitơ đồng thời với các

hợp chất khác.
Hiệu quả xử lý và giá thành của từng phương pháp rất khác nhau và
khả năng sử dụng từng phương pháp còn phụ thuộc vào nồng độ của hợp chất
nitơ (amoni) trong nước.
Cho tới nay giải pháp xử lý sinh học được thực hiện rộng rãi hơn các
giải pháp khác. Bảng 2.1 ghi một số đặc trưng của các hệ thống sinh học dùng
để xử lý nước thải giàu hợp chất nitơ.
Bảng 2.1. Một số đặc trưng vận hành hệ thống xử lý sinh học
Hệ xử lý
Tải lượng
kgN/(ha.ngày)

Năng lượng

tiêu thụ
kWh/kgN
Tỉ lệ
COD/N

Sinh
khối
kg/kg N
Hiệu quả

xử lý N
%
Bùn hoạt tính,
nitrat hóa, khử
nitrat thông dụng

200-700
1)
2,3
2)
3-6 1,0-1,2 > 75
Bùn hoạt tính,
nitrat hóa, khử từ
nitrit
200-700
1)
1,7
2)
2-4 0,8-0,9 > 75
Bùn hoạt tính,
oxy hóa trực tiếp
giữa NH
3
và NO
2

> 200-700
1
)
0,9 0 < 0,1 > 75
Ao tảo 15-30 0,1-0,1 6-7 10-15 23-78
Ao bèo 3-4 < 0,1 28 20-26 44-77
Vùng ngập nước
nhân tạo
3-26
4)

< 0,1 2-7 - 30-70
Ghi chú: 1) Tính theo bể hiếu khí có độ sâu 2m, diện tích bể chiếm
25% diện tích mặt bằng tổng
7



2) Năng lượng sử dụng cho sục khí và khuấy trộn, hiệu quả sử dụng 2
kg O2/kWh
3) Sinh khối khô
4) Đôi khi với tải lượng cao tới 112 kg N/ha (Lê Văn Chiều, 2012) [ 4].
2.1.3. Xử lý hợp chất P
Hầu như tất cả các hợp chất của photpho không tồn tại ở dạng bay hơi
trong điều kiện thông thường, vì vậy để tách photpho ra khỏi nước cần phải
chuyển hóa chúng về dạng không tan trước khi áp dụng các kỹ thuật tách chất
lắng như: lọc, lắng hoặc tách trực tiếp qua màng thích hợp.
Hợp chất photpho trong môi trường nước thải tồn tại trong các dạng:
photpho hữu cơ, photphat đơn (H
2
PO
4
-
, HPO
4
2-
, PO
4
3-
) tan trong nước,

polyphotphat hay còn gọi là photphat trùng ngưng, muối photphat và photpho
trong tế bào sinh khối.
Xử lý hợp chất photpho dựa trên các nguyên tắc sau:
- Kết tủa photphat (đơn và một phần loại trùng ngưng) với các ion
nhôm, sắt, canxi tạo ra các muối tương ứng có độ tan thấp và tách chúng ra
dưới dạng chất rắn (Nguyễn Thị Hoa Lý (1994) [ 6 ].
Bảng 2.2. Hợp chất photpho và khả năng chuyển hóa
Hợp chất Khả năng chuyển hóa
Photpho hữu cơ Phân hủy thành photphat đơn và trùng ngưng
Photphat đơn Tan, phản ứng tạo muối, tham gia phản ứng sinh hóa.

Polyphotphat Ít tan, có khả năng tạo muối tham gia phản ứng sinh
hoá.
Muối photphat Phần lớn không có độ tan thấp hình thành từ photphat
đơn.
Photpho trong tế bào

Thành phần của tế bào hoặc lượng dư trong tế bào
của một số vi khuẩn.
- Phương pháp sinh học dựa trên hiện tượng là một số loại vi sinh vật
tích lũy lượng photpho nhiều hơn mức cơ thể chúng cần trong điều kiện hiếu
khí. Thông thường hàm lượng photpho trong tế bào chiếm 1,5 - 2,5% khối
lượng tế bào khô, một số loại có thể hấp thu cao hơn, từ 6 - 8%. Trong điều
kiện yếm khí chúng lại thải ra phần tích lũy dư thừa. Quá trình loại bỏ
8



photpho dựa trên hiện tượng trên gọi là loại bỏ photpho tăng cường. Photpho
được tách ra khỏi nước trực tiếp thông qua thải bùn dư (vi sinh chứa nhiều

photpho) hoặc tách ra dưới dạng muối không tan sau khi xử lý yếm khí với
một hệ kết tủa kèm theo (ghép hệ thống phụ).
Tách các hợp chất photpho đồng thời với các tạp chất khác qua quá
trình màng thích hợp: màng nano, màng thẩm thấu ngược hoặc điện thẩm
tích. Về nguyên tắc hiệu quả tách lọc qua màng có hiệu suất cao nhưng do giá
thành quá đắt nên hầu như chưa thấy có ứng dụng trong thực tế.
2.1.4. Xử lý đồng thời hợp chất vô cơ
Một số phương pháp khi sử dụng, đồng thời xử lý cả hợp chất nitơ và
photpho, có biện pháp chỉ là hệ quả kèm theo và có những biện pháp được
xây dựng trên kết quả nghiên cứu công phu và chủ động áp dụng.
Những phương pháp mang tính hệ quả có thể kể ra là: quá trình xử lý
đơn lẻ như lắng thứ cấp, xử lý bậc hai, xử lý với thủy thực vật. Các quá trình
trên luôn liên quan đến các quá trình sinh hóa mà thành phần tế bào của chúng
luôn chứa N, P, nguồn chất mà vi sinh vật hay thực vật lấy từ nguồn nước.
Quá trình lắng sơ cấp loại bỏ được một phần hợp chất nitơ, photpho ở dạng
không tan, không có tác động đến dạng tan. Hiệu quả loại bỏ nitơ, photpho
trong các quá trình đơn lẻ trên không cao, đạt mức:
- Trong quá trình xử lý sơ cấp: 5 - 10% N, P.
- Trong xử lý thứ cấp : 10 - 20% N, P.
- Xử lý thứ cấp + nitrat hóa: 20 - 30% N, P (Lê Văn Cát, 2007) [1].
Khả năng hấp thu nitơ và photpho của thủy thực vật phụ thuộc trực tiếp
vào hiệu suất sinh khối thực, tức là phụ thuộc vào điều kiện ngoại cảnh và loài
thực vật cụ thể.
Một hệ thống xử lý nước thải tiên tiến là một tổ hợp của các đơn vị
công nghệ xử lý yếm khí, hiếu khí, thiếu khí được bố trí theo một trật tự nào
đó phụ thuộc vào mục tiêu xử lý đặt ra. Trật tự bố trí tổ hợp yếm khí - thiếu
khí - hiếu khí thích hợp cho phép loại bỏ đồng thời hợp chất nitơ, photpho trong
quá trình xử lý. Thứ tự thực hiện các giai đoạn xử lý hiếu khí - thiếu khí - yếm
khí cũng có thể thực hiện được trong cùng một thiết bị phản ứng theo kỹ thuật
mẻ kế tiếp giai đoạn, tức là thực hiện phương thức vận hành theo thời gian.

9



Đồng thời loại bỏ hợp chất nitơ và photphat bằng cách kết tủa chúng
với ion magie tạo thành hợp chất có độ tan thấp là struvite, MgNH
4
PO
4
,
phương pháp này thích hợp cho nước thải có nồng độ cao,

ví dụ nước chiết ra
từ quá trình phân hủy bùn (vi sinh) yếm khí (Lê Văn Cát, 2007) (Lê Văn Cát,
2012) (Lê Văn Cát và cs., 2006) (Lê Văn Chiều, 2012)[ 1,2,3,4].
2.1.5. Xử lý thành phần chứa N, P bằng công nghệ vi sinh
Để xử lý nitơ, photpho bằng công nghệ vi sinh, như các nghiên cứu trên
thế giới đã nêu cần thực hiện hàng loạt quá trình, nhiều khi ở những điều kiện
nghịch nhau.
2.1.5.1. Xử lý N bằng công nghệ vi sinh
Để xử lí N-NH
4
+
trước hết phải thực hiện quá trình oxi hóa N-amôni
thành nitrit hoặc nitrat:
(11/20)NH
4
+
+ (15/20)O
2

+ (4/20)CO
2
+ (1/20)HCO
3
−

→ (10/20)NO
3
−
+ (20/20)H
+

+ (9/20)H
2
O + (1/20)C
5
H
7
NO
2
(1)
Trước tiên NH
4
+
sẽ được ôxi hóa thành NO
2
−
(được thực hiện bởi
Nitrosomonas), tiếp theo NO
2

−
sẽ được ôxi hóa tiếp thành NO
3
−
(được thực
hiện bởi Nitrobacter), đây là các quá trình được thực hiện bởi các vi khuẩn tự
dưỡng. Để đơn giản hóa ta thể hiện hai quá trình này dưới dạng phương trình
tổng (1).
Nitrat - sản phẩm cuối cùng của quá trình oxy hóa amoni chưa được
xem là bền vững và còn gây độc cho môi trường nên cần được tiếp tục chuyển
hóa về dạng khí nitơ, tức là thực hiện một quá trình khử hóa học, chuyển hóa
trị của nitơ từ +5 (NO
3
-
) về hóa trị không (N
2
) (2). Vi sinh vật thực hiện quá
trình khử nitrat có tên chung là Denitrifier bao gồm ít nhất là 14 loại vi sinh
vật, ví dụ Bacillus, Pseudomonas, Methanomonas,Thiobacillus (
M. Morikawa,
2006)
[13]. Phần lớn loại vi sinh trên thuộc loại tùy nghi với nghĩa là chúng sử
dụng oxy hoặc nitrat, nitrit làm chất oxy hóa (nhận điện tử trong các phản ứng
sinh hóa) để sản xuất năng lượng.
(1/5)NO
3
−
+ (0,5/50)NH
4
+

+ (2/50)C
10
H
19
NO
3
+ (0,5/50)HCO
3
−
+ (1/5)H
+

→ (8/50)CO
2
+ (5/50)N
2
+ (16,5/50)H
2
O + (2,5/50)C
5
H
7
NO
2
(2)
10



Vi sinh vật nhóm Denitrifier thuộc loại dị dưỡng, sử dụng nguồn

carbon hữu cơ để xây dựng tế bào ngoài phần sử dụng cho phản ứng khử
nitrat. Rất ít vi sinh vật Denitrifier thuộc loại tự dưỡng, ví dụ loại Thiobacillus
denitrificant sử dụng lưu huỳnh làm chất khử để sản xuất năng lượng và sử
dụng nguồn carbon vô cơ (CO
2
, HCO
3
-
) để xây dựng tế bào. Như vậy, với quá
trình (1) phản ứng cần một lượng nhất định Cacbon vô cơ dưới dạng CO
2
và
độ kiềm (HCO
3
-
); ngược lại quá trình (2) lại cần Cacbon hữu cơ (C
10
H
19
NO
3

là công thức trung bình của nước thải sinh hoạt, C
5
H
7
NO
2
là công thức trung
bình của vi khuẩn).

2.1.5.2. Xử lý P bằng công nghệ vi sinh
Quá trình vi sinh xử lý P là tập hợp của nhiều quá trình cơ bản được
thực hiện ở những điều kiện rất khác nhau: kị khí và hiếu khí. Hợp chất
photpho tồn tại trong nước thải dưới ba dạng hợp chất: photphat đơn (PO
4
3-
),
polyphotphat (P
2
O
7
) và hợp chất hữu cơ chứa photphat, hai hợp chất sau
chiếm tỉ trọng lớn. Trong quá trình xử lý vi sinh, lượng photpho hao hụt từ
nước thải duy nhất là lượng được vi sinh vật hấp thu để xây dựng tế bào. Hàm
lượng photpho trong tế bào chiếm khoảng 2% (1,5 - 2,5%) khối lượng khô.
Trong quá trình xử lý hiếu khí, một số loại vi sinh vật có khả năng hấp thu
photphat cao hơn mức bình thường trong tế bào vi sinh vật (2 - 7%), lượng
photpho dư được vi sinh vật dự trữ để sử dụng sau. Trong điều kiện yếm khí,
với sự có mặt của chất hữu cơ, lượng photphat dư lại được thải ra ngoài cơ thể
vi sinh dưới dạng photphat đơn. Một vài loại tảo cũng có khả năng tích trữ
một lượng photphat dư so với nhu cầu của tế bào (
Mecalf & Eddy, 2005;
Seabloom R.W.et al., 2003; Mulder, 2003)
[12,14].
2.1.6. Công nghệ màng vi sinh
Thuật ngữ biofilm (màng sinh vật) là một tập hợp gồm nhiều tế bào vi
sinh vật gắn kết với nhau trên bề mặt tạo thành. Biofilm có thể gồm một hay
nhiều chủng vi sinh vật khác nhau. Biofilm có thể được tạo ra ở trên bề mặt
của nhiều loại vật liệu khác nhau: nhựa, kim loại, kính, gỗ, dụng cụ y tế, đồ
ăn… Biofilm có tác dụng bảo vệ vi sinh vật chống lại tác động của các yếu tố

bất lợi của môi trường sống. Biofilm được hình thành từ các loài vi sinh vật
khác nhau bao gồm cả vi khuẩn Gram dương và Gram âm như Escheriachia
11



coli, Pseudomonas aeruginosa, Vibrio cholera, Streptococcus sp., Bacillus
subtilis…
(M. Morikawa, 2006)
[13]. Màng sinh học (biofilm) có các tính chất,
vai trò chính:
- Bảo vệ cơ thể vi sinh vật khỏi hệ thống phòng thủ của chính vật chủ hay
vi sinh vật kẻ thù. Các vi sinh vật sống trên biofilm khi liên kết với nhau thường
có khả năng chống chịu cao với các chất kháng khuẩn so với tế bào sống tự do
trong môi trường nuôi cấy (độ chống chịu có thể cao hơn tới 1000 lần).
- Chống lại sự mất nước.
- Chống lại các chất kháng khuẩn thông qua việc tạo kiểu hình mới có
tốc độ sinh trưởng giảm, hạn chế sự tiếp xúc và có khả năng bất hoạt, trung
hòa với các chất kháng khuẩn.
- Nồng độ các chất dinh dưỡng trong biofilm thường tăng cao hơn so
với môi trường xung quanh.
Trong môi trường nước, vi sinh vật tồn tại ở hai trạng thái chính là
dạng huyền phù và dạng màng vi sinh. Trong dạng huyền phù, vi sinh vật tập
hợp lại với nhau thành các tập hợp keo tụ nhỏ có cấu trúc khá lỏng lẻo và các
tập hợp keo tụ đó phân bố khá đều trong môi trường nước. Màng sinh vật là
một tập hợp của vi sinh vật bám trên một chất mang với cấu trúc khá đặc, có
độ dày nhất định (ví dụ 0,1 - 0,3 mm). Ngoài hai dạng chính nêu trên, trong
hệ thống xử lý sử dụng kỹ thuật màng vi sinh luôn tồn tại vi sinh ít hay nhiều
ở trạng thái huyền phù, ví dụ trong kỹ thuật màng vi sinh chuyển động thì 80 -
85 % vi sinh tồn tại trong màng, 15 - 20 % tồn tại ở trạng thái huyền phù.

Hình 2.1. Một số cấu trúc điển hình của màng vi sinh (dạng xếp lớp, dạng hình
nấm, dạng hợp lưu và dạng lông mao; kể từ trên xuống, từ trái sang phải)

12



Vi sinh vật hoạt động trong các hệ xử lý nước thải tồn tại ở hai trạng
thái kết khối: tập hợp keo tụ (flocs) và dạng màng (biofilm) (S. Andersson,
2009) [17].
Tập hợp keo tụ của vi sinh có cấu trúc xốp, mật độ vi sinh thấp (ít khi
vượt quá 4000 kg/m
3
), các tập hợp đó được phân bố khá đều trong môi trường
nước. Kỹ thuật sử dụng vi sinh trong trạng thái tập hợp keo tụ là dạng kỹ thuật
huyền phù. Do mật độ vi sinh thấp nên hiệu suất xử lý của các hệ huyền phù
không cao và khó tăng mật độ vi sinh vì nó liên quan đến các yếu tố vận hành
khác. Điển hình của kỹ thuật huyền phù là các quá trình xử lý bùn hoạt tính.
Tăng mật độ vi sinh (trên một dơn vị thể tích), đồng nghĩa với tăng hiệu
quả xử lý luôn là mong muốn của phát triển công nghệ xử lý nước thải. Kỹ
thuật màng vi sinh đáp ứng được tiêu chí đó.
Màng vi sinh cũng là một dạng kết khối khác của vi sinh vật (nhờ chất

kết dính do vi sinh tiết ra dưới dạng polymer ngoại bào), trong đó vi sinh vật
tạo thành một lớp có chiều dày khác nhau (từ vài chục µm tới hơn 1 cm,
thường thấy nằm trong khoảng 1mm) bám trên chất mang dạng rắn và có cấu
trúc khá đặc. Phụ thuộc vào nguồn thức ăn và lực cọ sát trong môi trường
nước, cấu trúc của màng vi sinh hình thành cũng khác nhau và do đó ảnh
hưởng đến hiệu quả xử lý. So sánh với kỹ thuật huyền phù màng vi sinh trong
hệ thống xử lý nước thải có những đặc trưng sau:
• Khả năng tích lũy vi sinh cao. Đặc điểm nổi bật của màng vi sinh là
mức độ tập trung vi sinh vật rất cao so với dạng vi sinh trong trạng thái huyền
phù, ví dụ cao hơn 3 - 4 ngàn lần trong các dòng suối bần dưỡng chảy trên núi
cao và 200 lần cao hơn trong nhiều nguồn nước thải. Trong hệ thống xử lý
nước thải theo kỹ thuật bùn hoạt tính, mật độ vi sinh vật được duy trì trong
khoảng 700 - 2500 mg/l, trong khi mật độ vi sinh trong kỹ thuật lọc nhỏ giọt
đạt 2000 - 10000 mg trong một lít của bể lọc.
• Hoạt tính trao đổi chất lớn. Trong nhiều trường hợp quan sát được
hoạt tính vi sinh của màng vi sinh cao hơn nhiều so với vi sinh trong trạng
thái huyền phù. Vì trong tập đoàn vi sinh đó tỷ lệ loại vi sinh vật có hoạt tính
cao chiếm số đông, cũng như mức độ tập trung dinh dưỡng cao (do hấp phụ)
của các thành phần dinh dưỡng trên màng vi sinh. Do tính chất nhầy của
13



màng nên nó có thể bắt giữ cả các thành phần thức ăn ở dạng không tan. Mức
độ tập trung dinh dưỡng cao thúc đẩy sự phát triển của vi sinh và do đó có
hoạt tính cao. Cũng có ý kiến giải thích khả năng tăng hoạt tính nhờ quá trình
biến đổi gien của vi sinh vật trong trạng thái kết khối trong màng.
• Khả năng chống chịu độc tố cao. So với vi sinh vật trong trạng thái
huyền phù, vi sinh vật trong màng có khả năng chống chịu độc tố tốt hơn.
Nguyên nhân của hiện tượng là nhờ sự biến đổi gen hay nhờ nồng độ chất

dinh dưỡng cao là điều kiện thuận lợi cho vi sinh vật sống sót khi phải tiếp
xúc với độc tố.
• Bùn dễ lắng. So với bùn hoạt tính, bùn (sinh khối) bong ra từ màng vi
sinh có khả năng lắng tốt hơn nhiều do tính đặc của màng do mật độ vi sinh
dạng sợi trong đó thấp (C.E. Benjamin, S.D. Schwarz, T.T. Theodore, 2001;
M. Morikawa, 2006; Y.X Chen, J. Yin, K. Wang, 2005) [10,13,18].
Tuy có nhiều lợi thế của kỹ thuật màng vi sinh đã liệt kê như trên so
với dạng huyền phù, nhưng nó có những điểm bất lợi là quá trình cung cấp
thức ăn cho chúng xảy ra khó khăn hơn do tính chất đặc của màng (khuếch
tán khó) và mức độ tiêu thụ thức ăn cao (do mật độ cao).
So sánh với kỹ thuật huyền phù, màng vi sinh khi sử dụng trong thực tế
có những ưu điểm:
• Nhu cầu diện tích mặt bằng thấp.
• Giá thành duy trì hoạt động thấp về phương diện công lao động.
• Tính linh hoạt cao.
Để có được mật độ vi sinh cao yếu tố cần có đầu tiên là diện tích của
chất mang phải lớn. Vậy muốn có hiệu quả cần tạo chất mang có diện tích lớn
để tích lũy được lượng sinh khối lớn nhưng chiều dày của lớp vi sinh vẫn đủ
mỏng. Vật liệu xốp chứa các mao quản, kích thước mao quản càng nhỏ thì
diện tích càng lớn, tuy nhiên kích thước mao quản nhỏ hạn chế sự phát triển
của vi sinh trong đó, nhất là khi để ý đến đặc điểm tính chất đa dạng về chủng
loại và kích thước của tập đoàn vi sinh trong màng. Tìm kiếm loại vật liệu
thích hợp cho từng quá trình (xử lý BOD, nitrat hóa, khử nitrat) phù hợp với
điều kiện thực tế đòi hỏi nhiều nghiên cứu chi tiết

(S. Sirianuntapiboon, S.
Yommee, 2006) [15,16].
14

Thứ hai, mật độ vi sinh cao đòi hỏi nguồn cung cấp thức ăn lớn để
chúng phát triển. Màng vi sinh khá đặc do đó hạn chế quá trình vận chuyển
(khuyếch tán) thức ăn cho vi sinh. Đó là hai hiệu ứng trái chiều nhau và là
một trong những điểm cốt lõi cần được giải quyết để tận dụng được các lợi
thế của kỹ thuật màng sinh vật.
Tăng cường quá trình chuyển khối là vấn đề cần được thúc đẩy và
được giải quyết theo phương hướng:
• Giảm độ dày của lớp màng vi sinh (giảm quãng đường khuếch tán)
mà vần duy trì mật độ sinh khối cao bằng cách sử dụng chất mang có diện
tích lớn.
• Sử dụng loại vật liệu xốp có kích thước mao quản phù hợp để khống
chế độ dày của màng vi sinh và chống quá trình bong màng.
• Tạo điều kiện để chất mang chuyển động trong môi trường nước.
Từ phương hướng giải quyết trên đã hình thành hai kỹ thuật cơ bản
trong công nghệ xử lý nước thải: kỹ thuật tầng lưu thể (fluidized bed, FB) và
màng vi sinh chuyển động (Moving Bed Biofilm Reactor, MBBR). Hai kỹ
thuật này có tính năng chuyển khối cao hơn nhiều so với kỹ thuật lọc sử dụng
tầng tĩnh (fixed bed).
Chất mang sử dụng trong kỹ thuật tầng lưu thể chủ yếu là cát thạch anh
có kích thước mịn (0,15 - 0,3 mm) với diện tích bề mặt tới 20000 m
2
/m
3
. Cát
thạch anh được duy trì chuyển động rất mạnh trong nước để tăng cường quá
trình chuyển khối. Năng lượng duy trì chuyển động của chúng khá cao do
khối lượng riêng của cát nặng (2,4 kg/l). Cát thạch anh có bề mặt nhẵn, vi
sinh khó bám dính và cộng với sự cọ sát nên màng vi sinh bám trên đó dễ bị
bong. Vì lý do trên, rất ít các công trình ngoài thực tế sử dụng kỹ thuật tầng

lưu thể do đòi hỏi cao về trình độ tự động hóa trong vận hành (Lê Văn Cát,
2007) (Lê Văn Cát và cs., 2006) [1,3].
Công nghệ màng vi sinh chuyển động tìm kiếm sự hài hòa giữa điều
kiện vận hành (đơn giản) và hiệu quả xử lý bằng cách sử dụng vật liệu mang
xốp (cả vật liệu không xốp, hình 2.2).
15




a
b
Hình 2.2. Vật liệu mang xốp dạng khối lập phương hình a (sản phẩm
thương phẩm của nghiên cứu), hình b (sản phẩm của Hàn Quốc)
So với kỹ thuật tầng tĩnh, hiệu quả xử lý của kỹ thuật màng vi sinh
chuyển động cao hơn 3- 4 lần (300 - 400 %), nhưng chỉ bằng 70 - 80 % so với
kỹ thuật tầng lưu thể. Một ưu điểm của công nghệ màng vi sinh chuyển động
là quá trình vận hành đơn giản nên các cơ sở sản xuất nhỏ có điều kiện áp
dụng vào thực tiễn sản xuất phù hợp với điều kiện Việt Nam. Sơ đồ công
nghệ xử lý nước thải theo kỹ thuật màng vi sinh chuyển động và lọc qua tầng
tĩnh thể hiện trong hình 2.3 và 2.4.






Hình 2.3. Sơ đồ công nghệ theo kỹ thuật màng vi sinh tầng chuyển động

Hình 2.4. Sơ đồ công nghệ theo kỹ thuật màng vi sinh tầng tĩnh.
Màng vi sinh
chuyển động 1

Màng vi sinh
chuyển động 2



L
ọ
c

Nguồn
thải
Nguồn
thải
Màng vi sinh
tầng tĩnh
16



2.2. Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước
2.2.1. Tình hình nghiên cứu trên thế giới
Trong quá trình xử lý các hợp chất nitơ trong nước, nếu áp dụng kỹ
thuật bùn hoạt tính, cần phải có thời gian lưu bùn lâu (có thể tới 7 ngày ở

28
o
C), bên cạnh đó phải có bể lắng để tái sử dụng bùn. Do vậy, hiệu quả xử lý
không cao và thiết bị cồng kềnh. Phương pháp lọc sinh học với vật liệu mang,
thích hợp cho sự tạo màng vi sinh vật và sự sinh trưởng của chúng nên rất
hiệu quả trong việc loại các hợp chất chứa nitơ. Phương pháp này tỏ ra ưu thế
tuyệt đối trong kỹ thuật lọc sinh học để xử lý nitơ trong nước ăn uống. Các
phương pháp sinh học thường được áp dụng như kỹ thuật lọc sinh học nhỏ
giọt, kỹ thuật lọc sinh học có vật liệu lọc ngập nước. Các nước châu Âu là
những nước tiên phong nghiên cứu và ứng dụng thành công kỹ thuật này.
Những thông báo đầu tiên trong lĩnh vực này thuộc về người Anh. Họ
sử dụng bể lọc với vật liệu lọc là đá dày 2m tốc độ lọc 0,8-2,8m/h để xử lý
nước sông Themes với nồng độ amoni 2-3mg/l, do vật liệu lọc thô và không
có hệ sục khí, nên hệ chỉ đạt hiệu quả 80% sau một năm hoạt động (Hoàng
Phương Hà, 2010) [5].
Hệ lọc với lớp đệm mở rộng tỏ ra hiệu quả hơn. Nhờ kết cấu hình chóp
ngược nước đi từ dưới lên, tốc độ nước dâng sẽ giảm dần và thấp nhất ở vùng
thu nước phía trên cùng. Ở vùng giữa, sinh khối và vật liệu lọc sẽ lơ lửng và
các quá trình sử lý vi sinh xảy ra tại đây. Vùng trên cùng là vùng có thiết diện
chảy cao nhất cho phép sinh khối kết bông và rơi trở lại vùng phản ứng. Với
kết cấu này người ta có thể nâng tốc độ lọc lên từ 6 đến 30 m/h, thời gian lưu
nước chỉ có 5-10 phút. Một nhà máy ở Anh (Tewkesbury) và một nhà máy ở
Đức (Mulheim) hiện áp dụng kỹ thuật này (Hoàng Phương Hà, 2010) [5].
Ở Mỹ hay dùng lớp vật liệu lọc thô xốp với bề dày 4m để thay lớp cát lọc
thông thường. Ở Pháp nhà máy nước La Chapelle sử dụng công nghệ nitrate
hóa với dây truyền ozon-lọc nhanh. Hiệu suất xử lý 78% với nồng độ amoni
đầu ra là 0,3mg/l (Hoàng Phương Hà, 2010) [5].Các nước Mỹ, Pháp, Úc ứng
dụng lọc sinh học áp dụng từ cuối thế kỷ XX trong xử lý nước thải đô thị và
nước thải công nghiệp thực phẩm. Như vậy, để xử lý nước bị ô nhiễm nói
17

chung, ô nhiễm nitơ nói riêng, các nước trên thế giới họ thường áp dụng các
công nghệ sau:
- Công nghệ phổ cập là công nghệ nitrat hóa - khử nitrat. Đây là quá
trình loại bỏ các hợp chất nitơ vô cơ mà sản phẩm cuối cùng tạo thành khí
nitơ, khép kín chu trình nitơ. Công nghệ này mang tính truyền thống và được
ứng dụng ở hầu hết các nước trên thế giới.
- Công nghệ SHARON: Đây là công nghệ được áp dụng đối với loại
nước thải giàu amoni nhưng chứa ít các hợp chất hữu cơ, tức là tỷ lệ C/N
thấp. Quá trình này bỏ đi hai giai đoạn là sự oxy hóa nitrite thành nitrate
(phần thứ hai của quá trình nitrate hóa) và quá trình khử nitrate thành nitrite
(phần đầu của quá trình khử nitrate), do vậy tiết kiệm được tới 40% nhu cầu
về oxy và nguồn COD. Quá trình này được áp dụng rộng rãi ở Hà Lan, Mỹ.
- Quá trình ANAMMOX. Quá trình loại bỏ amoni trong điều kiện kỵ
khí với nitrite là chất nhận điện tử, sản phẩm cuối cùng là khí nitơ, quá trình
này không cần oxy và nguồn COD. Quá trình này được áp dụng rộng rãi ở Hà
Lan, Mỹ.
- Quá trình SHARON-ANAMMOX, CANON là những quá trình kết
hợp phần đầu của quá trình nitrate hóa (oxy hóa amoni thành nitrite) và quá
trình ANAMMOX để loại bỏ amoni với hàm lượng cao. Các quá trình này có
thể được thực hiện trên một hoặc hai bể phản ứng.
Quá trình loại bỏ amoni kỵ khí đã và đang được các nước khác nhau
trên thế giới quan tâm nghiên cứu và áp dụng, tùy thuộc vào mỗi nước mà
hình thành các công nghệ với những tên gọi khác nhau như: quá trình
aerobic/anoxic deamomnification ở Đức, quá trình OLAND (oxygen limited
autotrophic nitrification-denitrification) ở Bỉ, quá trình CANON ở Hà Lan.
2.2.2. Tình hình nghiên cứu trong nước
Ở Việt Nam, tình trạng ô nhiễm amoni trong nước thải tại các làng nghề

truyền thống sản xuất chế biến nông sản, thực phẩm trở nên trầm trọng, ảnh
hưởng đến môi sinh. Bên cạnh đó, ở một số nơi thuộc các thành phố lớn,
nguồn nước ngầm là nguồn nước cấp chính cho các nhà máy xử lý nước ăn
uống bị ô nhiễm amoni với hàm lượng vượt quá tiêu chuẩn cho phép, ảnh
hưởng đến sức khỏe cộng đồng. Các nhà khoa học Việt Nam đã và đang quan