Nghiên cứu, đánh giá một số chất ô nhiễm chủ yếu trong sông cầu bây – hà nội, đề xuất giải pháp xử lý nước thải phù hợp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN PHƯƠNG QUÝ

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ CHẤT Ô NHIỄM
CHỦ YẾU TRONG SÔNG CẦU BÂY – HÀ NỘI,
ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÙ HỢP

Chuyên ngành: Môi trường Đất và Nước
Mã số: 62-85-02-05

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, NĂM 2015


Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi

Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Vũ Đức Toàn
Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Nguyễn Phương Mậu

Phản biện 1: PGS.TS. Trần Thị Việt Nga
Phản biện 2: PGS.TS. Từ Bình Minh
Phản biện 3: PGS.TS Vũ Văn Hiểu

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường, họp tại phòng
123-A1, Trường Đại học Thủy lợi
vào lúc 08 giờ 30 ngày 27 tháng 1 năm 2016

Có thể tìm hiểu luận án tại các thư viện:
- Thư viện Quốc Gia
- Thư viện Trường Đại học Thủy lợi

2


MỞ ĐẦU
1.

Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

Cầu Bây là sông đào dài 13km, các kênh nhánh phía thượng lưu bắt nguồn từ các
phường Gia Thụy, Bồ Đề, Giang Biên, Việt Hưng thuộc quận Long Biên, Hà Nội;
chảy qua quận Long Biên, huyện Gia Lâm và hạ lưu đổ vào hệ thống thủy nông Bắc
Hưng Hải tại cửa xả Xuân Thụy, xã Kiêu Kỵ, Gia Lâm. Sông Cầu Bây hiện là sông
thoát nước thải của lưu vực quận Long Biên và một phần huyện Gia Lâm, bị ô nhiễm,
trong đó có các chất POP, điển hình là PCB, đang ảnh hưởng đến một vùng rộng lớn,
gây ô nhiễm nguồn nước tưới tiêu, tác động trực tiếp đến sức khỏe con người.
Nước thải lưu vực sông Cầu Bây được thu gom chung do đó có tính đặc thù. Mặt
khác, quy định về giới hạn nồng độ các thông số ô nhiễm trong nước thải sau xử lý
của các quốc gia là khác nhau, đồng thời phụ thuộc vùng tiếp nhận nước thải sau xử
lý, nên một giải pháp công nghệ xử lý nước thải phù hợp với quốc gia này, địa
phương này có thể sẽ không phù hợp với quốc gia, địa phương khác. Do đó đánh giá
được đặc tính nước thải lưu vực sông Cầu Bây để đề xuất giải pháp công nghệ xử lý
phù hợp có ý nghĩa quan trọng. Luận án “Nghiên cứu, đánh giá một số chất ô nhiễm
chủ yếu trong sông Cầu Bây – Hà Nội, đề xuất giải pháp xử lý nước thải phù hợp”
đáp ứng tính cần thiết của các vấn đề nghiên cứu.
2.
-

Mục đích nghiên cứu
Đánh giá được mức độ ô nhiễm của một số chất ô nhiễm chủ yếu trong nước
và trầ m tić h sông Cầu Bây.

-

Đánh giá và xác định được đặc tính chủ yếu của nước thải lưu vực sông Cầu
Bây làm cơ sở cho việc nghiên cứu lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp.

-

Đề xuất được giải pháp công nghệ xử lý nước thải phù hợp cho xử lý nước
thải trên lưu vực sông Cầu Bây.

3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu các thông số chủ yếu COD, BOD5, SS, NH4+-N, TN, TP, PCB trong
sông Cầu Bây tính từ thượng nguồn tại phường Việt Hưng, Long Biên đến vị trí
1


cửa chảy vào hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải; công nghệ xử lý nước thải được
phát triển trên cơ sở công nghệ được lựa chọn theo hiệu quả thực tế đang áp dụng
tại Việt Nam.
4.

Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp khảo sát, điều tra thu thập số liệu; Phương pháp kế thừa và phân tích
tổng hợp, thống kê các số liệu; Phương pháp mô hình thực nghiệm.
5.

Nội dung nghiên cứu

Nghiên cứu, đánh giá mức độ ô nhiễm của một số chất ô nhiễm chủ yếu trong nước
và trầ m tích sông Cầu Bây; xác định tính chất nước thải lưu vực sông Cầ u Bây; đề
xuất giải pháp công nghệ xử lý nước thải phù hợp với tính chất nước thải lưu vực
sông Cầ u Bây.
6.

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

6.1.

Ý nghĩa khoa học

-

Đánh giá được sông Cầu Bây bị ô nhiễm, đặc biệt là có tồn lưu PCB ở nồng độ
cao đáng kể. Kết quả thu được có thể sử dụng để đưa ra các cảnh báo kịp thời
nhằm giảm thiểu các tác động đến môi trường và sức khỏe con người;

-

Đánh giá được các chất ô nhiễm chủ yếu và đặc tính của nước thải lưu vực sông
Cầu Bây đó là nước thải có BOD5 thấp, TN cao; đồng thời bị ô nhiễm PCB;

-

Xây dựng được cơ sở khoa học cho việc áp dụng công nghệ L-SBR để xử lý
nước thải lưu vực sông Cầu Bây làm cơ sở cho ứng dụng trong thực tế.

6.2.

Ý nghĩa thực tiễn

Phát triển được giải pháp công nghệ mới L-SBR để xử lý nước thải lưu vực sông
Cầu Bây có tính chất đặc thù BOD5 thấp, TN cao đạt QCCP cột A nhưng không
phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài, tiết kiệm chi phí vận hành.

2


7.

Cấu trúc của luận án

Cấ u trúc của Luâ ̣n án ngoài phần mở đầu; phần kết luận và kiến nghị; phần danh
mu ̣c các công triǹ h, bài báo đã công bố; phần tài liệu tham khảo; các phụ lục; luận
án được trình bày trong 4 chương bao gồ m:
Chương 1. Tổ ng quan các vấ n đề nghiên cứu;
Chương 2. Cơ sở khoa học và thực tiễn, giả thuyế t, phương tiện nghiên cứu;
Chương 3. Kế t quả nghiên cứu về nước và trầ m tić h sông Cầ u Bây;
Chương 4. Kế t quả nghiên cứu về giải pháp công nghệ;
CHƯƠNG 1
1.1

TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

Hiện trạng, kết quả nghiên cứu trước đây về sông Cầu Bây

Lưu vực thoát nước sông Cầu Bây có tổng diện tích khoảng 6.408ha, là đô thị hỗn
hợp bao gồm các khu đô thị, công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ vui chơi giải trí, công
viên cây xanh. Lượng nước thải sinh hoạt theo tính toán hiện nay khoảng
85.800m3/ngày; năm 2030 là 125.000m3/ngày; năm 2050 là 183.000m3/ngày; nước
thải công nghiệp khoảng 25.000m3/ngày từ KCN tập trung Sài Đồng, Đài Tư và của
khoảng hơn 60 cơ sở công nghiệp phân tán; khoảng 200m3/ngày nước rò rỉ từ bãi
chôn lấp chất thải rắn Kiêu Kỵ. Hệ thống thoát nước lưu vực sông Cầu Bây là hệ
thống thoát nước chung tương tự như các lưu vực khác của Việt Nam, tương tự như
giai đoạn đầu phát triển các đô thị của các nước trên thế giới.
1.2

Lịch sử hệ thống thoát nước, thu gom nước thải đô thị

Lịch sử hệ thống thoát nước ở các nước phát triển cũng như các nước đang phát
triển cơ bản đều theo một tiến trình “ô nhiễm trước, xử lý sau”. Hệ thống thoát nước
chung vẫn tồn tại song hành cùng hệ thống thoát nước riêng cho đến ngày nay, trừ
trường hợp như Singapore áp dụng được hệ thống thoát nước riêng hoàn toàn do
chính sách nhà ở kết hợp cải tạo toàn diện đô thị. Sông Cầu Bây đang bị ô nhiễm
nghiêm trọng do đang tiếp nhận nước thải của hầu như toàn bộ đô thị lưu vực sông
Cầu Bây. Đô thị lưu vực sông Cầu Bây nói riêng, các đô thị Việt Nam nói chung có
hệ thống thu gom chưa hoàn chỉnh nên mặc dù một số khu đô thị mới, công nghiệp
3


có hệ thống thoát nước riêng, nhưng sau đó vẫn thải cả nước mưa và nước thải vào
hệ thống thoát nước chung đô thị, do đó cuối cùng vẫn là hệ thống thoát nước chung.

1.3
1.3.1

Các thông số ô nhiễm chủ yếu, các quy định về chất lượng môi trường
Các thông số ô nhiễm chủ yếu trong nước thải đô thị

Các chất ô nhiễm chủ yếu được nghiên cứu trong luận án này gồm chất ô nhiễm
hữu cơ thông qua thông số nhu cầu oxy sinh học sau 5 ngày (BOD5), nhu cầu oxy
hóa học (COD); Nitơ (N), được xác định bằng thông số tổng N (TN), amonia
(NH4+-N); Phốtpho (P), xác định bằng thông số tổng P (TP); chất rắn, xác định
bằng thông số chất rắn lơ lửng (SS); Chất hữu cơ khó phân hủy (POP), cụ thể là
PCB (Polychlorinated biphenyl).
1.3.2

Các quy định chất lượng nước và trầm tích sông, nước thải, bùn thải

Đối với chất lượng nước sông là các quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT, QCVN
38:2011/BTNMT, QCVN 39:2011/BTNMT; đối với chất lượng trầm tích là
QCVN 43:2012/BTNMT; đối với nước thải là QCVN 14:2008/BTNMT, QCVN
40:2011/BTNMT, QCVN 28:2010/BTNMT, QCVN 25:2009/BTNMT, QCVN
02:2014/BTNMT; đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước thải là QCVN
50:2013/BTNMT.
1.4

Đặc tính chung của nước thải đô thị, đặc thù tại Việt Nam

Hệ thống thoát nước chung tạo ra tính chất đặc thù của địa phương, phụ thuộc thói
quen sinh hoạt, thói quen dùng nước; loại hình sản xuất, dịch vụ, ... Mặt khác, quy
định về giới hạn nồng độ các thông số ô nhiễm trong nước thải sau xử lý của các
quốc gia là khác nhau và đồng thời phụ thuộc vùng tiếp nhận, do đó để đảm bảo

hiệu quả cần phải nghiên cứu điều kiện cụ thể của nước thải mỗi đô thị để có giải
pháp công nghệ tối ưu. Đặc thù của nước thải các đô thị Việt Nam có BOD5 thấp,
TN cao (BOD5:TN thấp).
1.5

Các giải pháp công nghệ xử lý nước thải đô thị

Có hàng chục công nghệ xử lý nước thải đã được áp dụng cho các nhà máy xử lý
nước thải (XLNT) đô thị trên thế giới. Hiện có 31 nhà máy XLNT đô thị đang
vận hành, 21 nhà máy đang xây dựng hoặc đã được phê duyệt thiết kế để chuẩn
4


bị xây dựng tại Việt Nam, áp dụng 6 công nghệ khác nhau gồm: công nghệ bùn
hoạt tính truyền thống (CAS, AO), công nghệ bùn hoạt tính dạng mẻ (SBR), công
nghệ bùn hoạt tính hiếu – thiếu – yếm khí kết hợp (A2O), công nghệ mương oxy
hóa (OD), lọc sinh học kiểu nhỏ giọt (TF), công nghệ Hồ (gồm hồ hiếu khí, yếm
khí hay ổn định, sục khí, tùy nghi). Các công nghệ đang áp dụng tại Việt Nam
yêu cầu phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài (vì BOD5:TN thấp) để xử lý N đạt
quy chuẩn cho phép (QCCP) cột A. Việc phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài
trong thực tế đã xẩy ra đối với trường hợp nhà máy XLNT Yên Sở, làm tăng chi
phí vận hành lớn vượt quá khả năng chi trả của ngân sách.
1.6

Kết luận chương 1

Phần tổng quan đã phân tích, đánh giá được các công trình nghiên cứu trong và
ngoài nước liên quan đến giải pháp thu gom nước thải đô thị; các nghiên cứu trước
đây về hiện trạng và quy hoạch sông Cầu Bây; tính chất của nước thải đô thị và các
công nghệ XLNT trên thế giới và các công nghệ XLNT đang áp dụng tại Việt Nam.

Vấn đề còn tồn tại là đặc thù của nước thải các đô thị Việt Nam có BOD5 thấp,
BOD5:TN thấp. Các công nghệ đang áp dụng tại Việt Nam yêu cầu phải bổ sung
nguồn C từ bên ngoài để xử lý N khi yêu cầu nước thải sau xử lý đạt QCCP cột A.
Việc phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài trong thực tế đã xẩy ra đối với trường hợp
nhà máy XLNT Yên Sở, làm tăng chi phí vận hành lớn vượt quá khả năng chi trả
của ngân sách. Vấn đề mà luận án tập trung giải quyết chính là nghiên cứu đặc tính
nước thải lưu vực sông Cầu Bây, đề xuất giải pháp công nghệ XLNT mới phù hợp
với đặc tính nước thải của lưu vực sông Cầu Bây nhằm tiết kiệm chi phí.
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN, GIẢ THUYẾT,
PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU
2.1

Các cơ sở khoa học, thực tiễn

Quá trình xử lý sinh học các thông số COD, BOD5, N, P diễn ra trong các pha
hiếu khí, thiếu khí, yếm khí. Tùy thuộc việc duy trì các pha mà hiệu quả xử lý
các thông số khác nhau. SS trong nước thải vào được loại bỏ bằng lắng cơ học
riêng biệt trước khi xử lý sinh học, hoặc một phần được xử lý sinh học và lắng
5


cùng với bùn sinh học. PCB là chất hữu cơ khó phân hủy tuy nhiên vẫn được
phân hủy một phần bằng sinh học, một phần hấp phụ vào bề mặt các chất rắn,
đặc biệt là chất rắn có độ xốp cao như vi sinh vật sau đó được loại bỏ cùng SS.
Trong các tiêu chí khi lựa chọn công nghệ để áp dụng, trong 6 công nghệ đang
áp dụng tại Việt Nam thì SBR có ưu điểm là diện tích chiếm đất nhỏ, chi phí đầu
tư và vận hành thấp. SBR, A2O là các công nghệ xử lý N tốt trong điều kiện
BOD5:TN thấp, tiếp theo là OD. Các công nghệ còn lại có khả năng xử lý N kém
hơn trong điều kiện này. Vì vậy SBR được chọn để nghiên cứu, cải tiến phù hợp
cho xử lý nước thải đặc thù của lưu vực sông Cầu Bây.

2.2

Cơ sở qua thực tế vận hành nhà máy xử lý nước thải Yên Sở

Nhà máy XLNT Yên Sở áp dụng công nghệ SBR cải tiến kiểu C-Tech (SBR/CTech), có bể lựa chọn vi sinh vật và hồi lưu bùn, được xây dựng và bắt đầu vận
hành năm từ 2012. Nước thải đầu vào của nhà máy hiện được bơm trực tiếp từ
sông Kim Ngưu và sông Sét.
Thực tế nước thải đầu vào có BOD5 thấp (trung bình 76mg/l), TN cao (47mg/l), tỷ
lệ BOD5:TN thấp (1,62). Để vận hành đạt QCVN cột A, trước đây phải bổ sung
đường như là nguồn C bổ sung, chi phí vận hành khoảng 4.100Đồng/m3 (tức khoảng
300 tỷ Đồng/năm với công suất 200.000m3/ngày). Vì chi phí cao, để tiết kiệm chi
phí, UBND thành phố Hà Nội quyết định phương án vận hành không bổ sung đường,
đạt cột B, đồng thời giảm công suất: chỉ vận hành duy trì ở mức công suất
60.000m3/ngày (chỉ khoảng 30% công suất thiết kế) và không thải bùn dư từ các bể
SBR, làm cho lượng bùn trong bể (MLSS) lên đến 6.105mg/l so với mức cần duy trì
chỉ 2.500mg/l (cho đến ngày 1/10/2013).
Sau khi cải thiện điều kiện vận hành bằng tăng cường MLSS như là nguồn bổ sung
C thay thế cho đường (do Nghiên cứu sinh chủ trì thực hiện), đã tiết kiệm được chi
phí vận hành còn 1.686Đồng/m3 (tiết kiệm được khoảng 60%, tương đương tiết
kiệm được gần 180 Tỷ Đồng/năm. Quá trình điều chỉnh vận hành để đạt được chi
phí thấp này rút ra được kết luận là “Lượng N được loại bỏ khỏi nước thải có thể
tăng bằng cách tăng MLSS trong bể và tỷ lệ N xử lý được có thể đạt đến
6


0,61mgN/gMLSS/giờ ở tỷ lệ BODvào/TNvào = 1,62”. Tuy nhiên, MLSS không thể
tăng cao quá mức vì việc tăng MLSS dẫn đến giảm tỷ lệ F/M và giảm khả năng lắng
của bùn do tăng vi sinh vật dạng sợi, dẫn tới thông số SS sau xử lý không đạt QCCP.
Đây vừa là cơ sở khoa học, vừa là một trong những kết quả nghiên cứu của luận án.
2.3

2.3.1

Giả thuyết trên cơ sở khoa học và thực tiễn, thiết lập quy trình công nghệ
Các giả thuyết

Nước thải thu gom chung ở lưu vực sông Cầu Bây có tính đặc thù như phần lớn
các đô thị Việt Nam là BOD5 thấp, BOD5:TN thấp.
Hạn chế phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài cho xử lý TN khi nước thải có
BOD5:TN thấp bằng tăng cường các quá trình thiếu khí - giảm quá trình hiếu khí;
đồng thời tăng hàm lượng vi sinh vật (MLSS) trong bể phản ứng sinh học. Để tăng
khả năng lắng của bùn do MLSS cao bằng áp dụng bể lựa chọn vi sinh vật (Selector)
và tăng thời gian tiếp nhận nước thải: gián đoạn thành liên tục (SBR liên tục). Quy
trình công nghệ này được thiết lập để thực hiện các giả thuyết này là L-SBR (L:
Low carbon source, có nghĩa là nguồn C thấp hay tỷ lệ BOD5:TN thấp). L-SBR
đảm bảo SS trong nước thải sau xử lý đạt QCCP mặc dù duy trì MLSS cao.
2.3.2

Mô tả mô hình được thiết lập cho công nghệ mới (L-SBR)
Thời gian các pha 50%
Thể tích nước max 65

Nước
thải vào

Bùn hồi lưu
nội bể trong
100% thời
gian chu kỳ

Nước

thải vào

88%

Nước
thải vào

25%
88 - 100%

Nước
thải vào

25%
100

65%

Nước
thải vào

Rút
nước
đã xử
lý ra
Yếm khí

Thiếu khí

Hiếu khí

Pha Phản ứng

Rút bùn dư
Pha Lắng

Pha
Rút nước

Hình 2-1. Các giai đoạn vận hành L-SBR
Thời gian các pha L-SBR như Hình 2-1. Chu kỳ L-SBR gồm 3 pha, trong đó thời
gian tiếp nhận nước thải trong tất cả các pha của chu kỳ (100% thời gian của chu
kỳ); pha sục khí 50%, lắng 25% và rút nước 25% thời gian của chu kỳ; bùn dư được
7


rút ra đồng thời với pha rút nước; hồi lưu bùn 100% thời gian cuaR chu kỳ. Hai
ngăn lựa chọn vi sinh vật gồm ngăn zich zắc (Selector 1); và Selector 2 như là ngăn
lắng (không sục khí), có thể tích mỗi ngăn tương đương 10% thể tích bể SBR. Sự
khác nhau giữa các nhóm SBR đã và đang áp dụng so với L-SBR như Bảng 2-1.
Bảng 2-1. Sự khác nhau cơ bản về pha phản ứng của các nhóm SBR
TT

1
2
3
4
5
6
7

8
9

2.4
-

Nhóm (A):
SBR cơ bản

Pha

Tiếp nhận nước (tĩnh)
Tiếp nhận nước (khuấy trộn)
Tiếp nhận nước (sục khí)
Sục khí
Lắng
Lắng/Tiếp nhận nước
Rút nước
Lắng/Rút nước
Nghỉ

Nhóm
(B)







Nhóm (C):
SBR/C-Tech

Nhóm
(D)






























L-SBR



Trình tự thực hiện và mô tả các thí nghiệm
Tại hiện trường sông Cầu Bây: đo đạc, khảo sát, lấy mẫu, thực hiện trong 4 đợt:
14÷20/5/2012; 15÷21/10/2012; 13÷19/5/2013 và 14÷20/10/2013;

-

Nghiên cứu biến đổi hiệu suất xử lý N trong quá trình điều chỉnh MLSS tại nhà máy
XLNT Yên Sở, thực hiện trong giai đoạn tháng 10/2013 7/2014;

-

Thí nghiệm 1: thực hiện trên mô hình SBR/C-Tech và L-SBR, thực hiện trong giai
đoạn tháng 4

5/2014, nhằm xác định được khoảng MLSS tối ưu duy trì được

trong bể L-SBR và SBR/C-Tech khi không bổ sung C từ bên ngoài;
-

Thí nghiệm 2: thực hiện trên mô hình L-SBR bằng duy trì MLSS ở mức tối ưu, vận
hành với nước thải lấy từ lưu vực sông Cầu Bây, thực hiện trong tháng 4 ÷ 5/2015

nhằm xác định hiệu quả các thông số ô nhiễm chủ yếu vận hành tại hàm lượng
MLSS tối ưu xác định được từ thí nghiệm mô hình 2.

2.5

Các phương tiện, mô hình thí nghiệm

Lấy mẫu, phân tích bằng các phương tiện máy móc hiện đại. Mô hình được chế tạo
trên cơ sở công nghệ SBR/C-Tech, L-SBR ở quy mô vận hành 125 lít/ngày; vận
hành tự động hóa hoàn toàn. Sơ đồ, hình ảnh thực tế và một số thông số cơ bản của
8


nhà máy XLNT Yên Sở, bể SBR/C-Tech Hình 2-2; mô hình thí nghiệm công nghệ
L-SBR như Hình 2-3.
Bùn hồi lưu
Thiết bị
gạn nước

50% Chu kỳ

Nước
thải vào
50%
Chu kỳ

Ngăn
sục khí

Ngăn

lựa
chọn
VSV

Phân phối khí

Nước thải
sau xử lý

Bùn thải
25% Chu kỳ

25% Chu kỳ

Sơ đồ công nghệ bể SBR/C-Tech của nhà máy XLNT Yên Sở

Hình ảnh thực tế của nhà máy XLNT Yên Sở
Hình 2-2. Sơ đồ công nghệ, bể SBR/C-Tech nhà máy XLNT Yên Sở
Bùn hồi lưu

Thiết bị
gạn nước

100% Chu kỳ

Nước
thải vào
100%
Chu kỳ

Ngăn
sục khí
Ngăn lựa
chọn VSV

Phân phối khí
Nước

Bùn
thải

xử lý

25%
Chu kỳ

25%
thải sau
Chu kỳ

Hình 2-3 Mô hình thí nghiệm công nghệ L-SBR
2.6

Kết luận chương 2

Để giải quyết vấn đề còn tồn tại nêu ở chương 1, luận án đã phân tích các cơ chế
phản ứng trong các điều kiện hiếu, thiếu, yếm khí; lựa chọn công nghệ SBR trên
cơ sở các ưu điểm từ thực tế các nhà máy XLNT đang áp dụng tại Việt Nam; từ
nghiên cứu thực tế vận hành tại nhà máy XLNT Yên Sở, luận án đã đưa ra các
giả thuyết và thiết lập được mô hình công nghệ mới L-SBR.

9


Quy trình công nghệ được thiết lập (L-SBR) nhằm mục đích tăng được MLSS
(giảm F/M) nhưng vẫn đảm bảo bùn dễ lắng, từ đó hạn chế bổ sung nguồn C từ
bên ngoài, giúp giảm chi phí vận hành.
CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ NƯỚC VÀ TRẦM TÍCH
SÔNG CẦU BÂY
3.1

Lưu lượng nước thải

Lưu lượng nước thải lưu vực sông Cầu Bây đo được trung bình 106.244m3/ngày,
tối đa 191.592m3/ngày, hệ số công suất tối đa là 1,8, cao hơn nhiều so với hệ số
công suất tối đa của tiêu chuẩn đối với nước thải sinh hoạt 1,1

1,5 (đặc trưng

1,25). Số liệu này cho thấy nhiều nguồn thải phi sinh hoạt ảnh hưởng lớn đến tính
chất nước thải chung như từ các nhà hàng, khách sạn, cơ sở chăn nuôi, giết mổ,
chợ, và ngay cả nước thải công nghiệp có nước thải biến động lớn theo giờ, ngày.
Nhận định này có thể lý giải thêm cho tính chất khác biệt của nước thải lưu vực
sông Cầu Bây cũng như nhiều đô thị khác ở Việt Nam so với nước thải sinh hoạt
thông thường về nồng độ, tỷ lệ các thông số ô nhiễm.
3.2

Các thông số ô nhiễm chủ yếu trong nước sông Cầu Bây

COD, BOD5, SS, NH4+-N, TP đều vượt quá QCCP, COD cao nhất 232mg/l vượt
giới hạn cho phép 7,7 lần; BOD5 cao nhất 117mg/l vượt 7,8 lần; SS cao nhất 219mg/l

vượt 2,2 lần; NH4+-N cao nhất 49mg/l vượt hơn 97 lần; TP cao nhất 4,5mg/l vượt
gần 15 lần. Các thông số TN, PCB ở mức cao, tuy nhiên không có trong các QCVN.
COD, BOD5, SS, NH4+-N, TN, TP cao nhất tại điểm gần các khu dân cư tập trung
(thượng nguồn tại quận Long Biên; các xã Đa Tốn, Kiêu Kỵ; bãi rác Kiêu Kỵ).
PCB có xu hướng tăng tại các điểm có các KCN.
3.3
3.3.1

PCB trong trầm tích sông Cầu Bây
Hiện trạng ô nhiễm PCB trong trầ m tích sông Cầ u Bây

Tất cả các mẫu phân tích đại diện cho sông Cầu Bầy đều có tồn lưu PCB tại khu
vực nghiên cứu. Tại các điểm lấy mẫu ở gần các khu vực có hoạt động công
nghiệp và đô thị, nồng độ ΣPCB tổng nằm trong khoảng từ 51,6 đến 169,5 ng/g
10


khối lượng khô (từ M1 đến M5). Trong khi đó, tại các điểm lấy mẫu ở gần các
khu vực có hoạt động nông nghiệp, nồng độ ΣPCB tổng nằm trong khoảng từ
31,8 đến 38,9 ng/g khối lượng khô (từ M6 đến M10). Các điểm có nồng độ ΣPCB
tổng đáng kể nhất nằm ở vị trí M2 (gần KCN Sài Đồng, 169,5 ng/g khối lượng
khô) và M4 (gần KCN Đài Tư, 142,3 ng/g khối lượng khô).
Các đồng phân PCB điển hình (Σ6PCB) cũng được phát hiện với giá trị đáng chú
ý (5,8 ÷ 36,3 ng/g). Các PCB đồng phẳng có cơ chế gây độc giống Dioxin (DLPCB) có độc tính cao nằm trong khoảng từ 9.398ng/kg đến 17369 ng/kg. DL-PCB
trong sông Cầu Bây nhỏ hơn trong trầm tích sông ở Osaka, Nhật Bản và cao hơn so
với Đài Loan và vịnh Gwangyang, Hàn Quốc.
3.3.2

Đánh giá thành phần các đồng phân của PCB trong trầm tích sông
Cầu Bây

Phần trăm trung bình của 6 PCB chỉ thị so với tổng 6PCB thu được theo trật tự
PCB138 > PCB153 > PCB101 > PCB52 > PCB180 > PCB28. Thành phần phần
trăm trung bình của PCB28, PCB52, PCB101, PCB138, PCB153 và PCB180 so với
tổng 6PCB trong các mẫu trầm tích trong sông Cầu Bây lần lượt là 1,4%, 12,5%,
20,0%, 33,9%, 24,5% và 7,8%. Các kết quả trên cho thấy phần trăm của các PCB có
độ clo hoá cao trong các mẫu trầm tích là lớn hơn so với các PCB có độ clo hoá thấp.
Trật tự này có thể giải thích do các PCB có độ clo hoá thấp kém bền vững và có giá
trị lgKow thấp hơn các PCB có độ clo hoá cao. Các PCB có độ clo hoá thấp cũng dễ
bay hơi hơn. Do vậy, các PCB có độ clo hoá cao có xu hướng tích tụ nhiều hơn trong
trầm tích, còn các PCB có độ clo hoá thấp bị phân huỷ và bay hơi nhiều hơn.
3.3.3

Khả năng ảnh hưởng đến sinh thái do tồn lưu PCB trong trong trầm
tích sông Cầu Bây

Các hệ số độc tương đương của các DL-PCB (TEQ) của DL-PCB trong các mẫu
trầm tích sông Cầu Bây nằm trong khoảng từ 5,3 đến 11,9 ng TEQ/kg. Kết quả trên
nhỏ hơn so với TEQ ở mẫu trầm tích Osaka, Nhật Bản và lớn hơn so với trầm tích
ở Đài Loan. Như vậy tồn lưu PCB trong trầm tích sông Cầu Bây đã ở mức độ đáng
kể và có khả năng ảnh hưởng đến hệ sinh thái ở trầm tích bề mặt.
11


3.4

Nước thải lưu vực sông Cầu Bây

Kết quả phân tích 4 đợt lấy mẫu trực tiếp đối với nước thải lưu vực sông Cầu Bây
(mẫu M10) như Bảng 3-1 cho thấy tất cả các thông số chủ yếu trong nước thải

lưu vực sông Cầu Bây đều vượt QCCP, cao nhất là NH4+-N vượt đến 8,6 lần, SS
vượt 4,6 lần, BOD5 vượt 3,6 lần, TN vượt 3,0 lần, COD vượt 2,9 lần, TP vượt
1,16 lần; PCB vượt 1,15 lần. Đặc tính của nước thải lưu vực sông Cầu Bây:
-

COD, BOD5 ở mức thấp, tương đương mức thấp của nước thải sinh hoạt,
nước thải thu gom chung; tương đương mức trung bình của các nhà máy
XLNT đang vận hành tại Việt Nam;
Bảng 3-1. Kết quả phân tích nước thải lưu vực Sông Cầu Bây

TT

1
2
3
4

Thông số

5
6
7
8

COD, mg/l
BOD5, mg/l
SS, mg/l
NH4+-N,
mg/l
TN, mg/l

TP, mg/l
PCB, g/l
COD:BOD5

9
10
11

BOD5:TN
BOD5:TP
N-NH3:TN

-

Thực tế Việt Nam
Trung
Bình
Max Min

Thế giới
Sinh
Thu gom
hoạt
chung

Lưu vực sông Cầu
Bây
Trung
bình
Max

Min

147
87

564
336

68
36

150-800
70-350
120-400
12-50

260-480
60-220
270-550

175
84,6
186
34,8

187
87
210
44

168
80,5
165
26,9

39
4

93
7

16
1

20-70
6-12

4-17
1,2-2,8

1,71

2,6

0,91

45,6
3,59
2,38
1,96

4,1
74,4

1,62
9,4

2,184,33
12,9-15
50-78,6

50,1
4
3,11
2,09

2,39
24,4

2,092,29
3,13-5,5
10,9-29,2
60-64%

48,3
3,76
2,8
2,02
1,75
23,1

72%

1,79
24,2
90%

1,7
21,3
59%

TN cao, tương đương mức cao của nước thải sinh hoạt và cao hơn nhiều nước
thải thu gom chung, cao hơn mức trung bình của các nhà máy XLNT đang vận
hành tại Việt Nam.

-

BOD5:TN nhỏ hơn nước thải sinh hoạt và thu gom chung; thấp hơn mức trung
bình của nước thải Việt Nam. Tỷ lệ BOD5:TN thấp chứng tỏ thông số TN khó
xử lý bằng sinh học vì thiếu nguồn C;

12


-

TP thấp hơn nước thải sinh hoạt và thu gom chung, tương đương nước thải Việt
Nam. TP có thể xử lý được bằng sinh học mà không phải bổ sung nguồn C;

Nói chung, nước thải lưu vực sông Cầu Bây tương tự với nước thải đầu vào của hầu
hết các nhà máy xử lý nước thải đang vận hành tại Việt Nam có BOD5 thấp, TN cao.

TN cao có thể được lý giải do ảnh hưởng của các nguồn thải có TN cao. Hầu như
các nhà dân nông thôn hoặc bán thành thị đều có chăn nuôi gia đình, nước thải từ
nước sạch chuồng lợn có thể có nồng độ TN 1.000 1.500mg/l, phân chuồng 2.000
÷ 5.000mg/l và NH4+-N chiếm từ 80 90%; các cơ sở mổ gia súc, gia cầm trong dân
cư hoặc ngay trong các chợ truyền thống cũng là nguồn phát sinh TN như TN trong
tiết gia súc rất cao đến 25.000mg/l. Tác phong đồ ăn dư thừa của người Việt Nam,
sau đó thải vào nước nhà bếp hay rác thải sinh hoạt. Nước rỉ rác từ bãi rác (Kiêu Kỵ)
hay từ các bãi thải không hợp vệ sinh có hàm lượng TN rất cao. Nước rỉ rác có TN
đến hơn 3.000mg/l, đặc biệt là amoni đến 95%; bùn từ bể phốt trôi ra (khi bể phốt
không được duy trì bằng hút thải bỏ đúng quy trình) đến 1.500mg/l, thậm chí có thời
điểm TN trong nước rỉ rác có thể đến 1.000mg/l và NH4+-N đến hơn 900mg/l. Thành
phần TN chủ yếu là NH3 và N hữu cơ do đó quá trình phân hủy trong bể phốt, hoặc
tự phân hủy trong hệ thống thoát nước chủ yếu là quá trình thiếu khí, yếm khí do đó
không có quá trình khử N nên không giúp giảm nồng độ N trong lúc giúp giảm được
nồng độ COD, BOD5.
Không có số liệu đặc tính nước và trầm tích của các sông khác nên không thể đánh
giá, so sánh. Tuy nhiên, có thể so sánh đặc tính nước thải của lưu vực các sông bởi
thông số BOD5:TN cho thấy nước thải lưu vực sông Cầu Bây cũng tương tự như lưu
vực sông tại Hà Nội như Tô Lịch, Kim Ngưu và sông Sét (nhà máy XLNT Yên Sở);
tại thành phố Hồ Chí Minh như Kênh Đôi – Tẻ (nhà máy XLNT Bình Hưng), Kênh
nước Đen (nhà máy XLNT Bình Hưng Hòa).
3.5

Kết luận chương 3

Kết quả nghiên cứu trình bày ở chương 3 đã đánh giá được mức độ ô nhiễm của
một số chất ô nhiễm chủ yếu trong nước và trầ m tích sông Cầu Bây; đánh giá và
xác định được đặc tính chủ yếu của nước sông Cầu Bây.
13

Đặc tính chủ yếu của nước sông Cầu Bây là BOD5 thấp, TN cao (BOD5:TN thấp)
tương tự như nước thải đầu vào của phần lớn các nhà máy XLNT Việt Nam, đặc
biệt là nhà máy XLNT Yên Sở, là cơ sở cho việc nghiên cứu lựa chọn công nghệ
xử lý phù hợp trình bày tại chương 4 tiếp theo.
CHƯƠNG 4
4.1

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VỀ GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ

Kết quả các thí nghiệm nghiên cứu, thảo luận
Nghiên cứu biến thiên hiệu suất xử lý N trong quá trình điều chỉnh
MLSS và lưu lượng xử lý tại nhà máy XLNT Yên Sở

4.1.1

Kết quả của quá trình điều chỉnh vận hành nhà máy XLNT Yên Sở cho thấy nước
thải đầu vào có BOD5 thấp (76mg/L), TN cao (47 mg/l); tỷ lệ BOD5:TN thấp (1,75).
BOD5 sau xử lý trung bình 6,0mg/l, tối đa 18mg/L - đạt QCCP cột A. TN ra trung
bình 14mg/l đạt QCCP cột A nhưng tối đa 28mg/l chỉ đạt cột B (8% 10% số mẫu
có TN đạt được cột A). Quá trình khử BOD5, TN là khá ổn định, tuy nhiên giá trị
TNra có xu hướng giảm khi tỷ số BOD5:TN tăng chứng tỏ BOD5:TN càng cao thì
càng dễ xử lý TN. Ngược lại giá trị BOD5,ra có xu hướng tăng khi tỷ số BOD5:TN
tăng chứng tỏ khi nguồn C sẵn có lớn hơn thì vi sinh vật không phải phụ thuộc (tận

mgNloại/gMLSS/giờ

dụng tối đa) nguồn C để xử lý TN.
2,5

mgNloại/gMLSS/giờ

Linear (mgNloại/gMLSS/giờ)

2,0

y = 56,769x - 0,0383

1,5
1,0
0,5
0,0

F(N)/M

Hình 4-1. TN xử lý được biến thiên theo F(N)/M tại nhà máy XLNT Yên Sở
trong thời gian nghiên cứu
Hình 4-1 cho thấy khi F(N)/M tăng (lượng TN được cung cấp trên một đơn vị
MLSS tăng) thì lượng N khử được (giá trị y) cũng tăng (hệ số trong số hạng trục
tung trong phương trình toán học đường tuyến tính là số dương (+56,769x)) –
14


điều đó có nghĩa là có thể tăng cường xử lý TN bằng tăng hàm lượng MLSS.
Lượng TN có thể xử lý được trung bình lên tới 0,61mgNloại/gMLSS/giờ trong
điều kiện tỷ lệ trong nước thải đầu vào BODvào:TNvào trung bình chỉ 1,75. Việc
tăng MLSS là không thể vô hạn (với một thể tích bể và lưu lượng nước thải xử
lý) vì sẽ làm tăng hàm lượng SS sau xử lý vượt quá QCCP, thậm chí xẩy ra hiện
tượng rửa trôi vi sinh vật.
4.1.2

Thí nghiệm 1: xác định MLSS tối ưu cho xử lý TN khi không bổ sung
C từ bên ngoài

Quá trình thí nghiệm với MLSS khởi điểm ở mức 875mg/l (tương đương mức theo
thiết kế F/M = 0,154, có nghĩa MLSS không dư thừa so với thiết kế). MLSS tăng dần
do sinh trưởng tự nhiên bởi vi sinh vật, sau 30 ngày MLSS trong mô hình SBR/CTech MLSS đạt được 4.349mg/l, tương ứng SS sau xử lý 80,1mg/l; trong khi đó LSBR đạt được 4.938mg/l, tương ứng SS sau xử lý 55,8mg/l. TN trong nước thải sau
xử lý tại MLSS 875mg/l với mô hình SBR/C-Tech là 33,2mg/l, L-SBR là 30,4mg/l
không đạt QCCP cột A. MLSS trong L-SBR tăng nhanh hơn là do SS trong nước
thải sau xử lý của L-SBR tốt hơn (nồng độ thấp hơn) SBR/C-Tech. Trong cả 2 mô
hình, nồng độ BOD5 trong nước thải sau xử lý hầu như không biến đổi và luôn ở
mức < 10mg/l, chứng tỏ nguồn C trong nước thải đã được sử dụng tối đa cho quá
trình khử N. Bảng 4-1 cho thấy có thể duy trì L-SBR MLSS trong khoảng 3.197
4.047mg/l để cả 2 thông số SS, TN trong nước thải sau xử lý đều đạt QCCP cột A;
trong khi đó với SBR/C-Tech thì để SS đạt được QCCP cột A cần duy trì MLSS ≤
2.671mg/l, để TN đạt QCCP cột A cần duy trì MLSS ≥ 3.423mg/l, có nghĩa SBR/CTech không thể xử lý được SS, TN đồng thời đạt được QCCP cột A.
Giá trị mgNloại/gMLSS/giờ tại nhà máy XLNT Yên Sở là 1,159; mô hình SBR/CTech là 0,578; mô hình L-SBR là 0,601. Lượng TN xử lý được
(mgNloại/gMLSS/giờ) tại nhà máy XLNT Yên Sở cao hơn so với thí nghiệm trên
mô hình SBR/C-Tech và L-SBR là do thời gian 1 chu kỳ khi vận hành tại nhà
máy XLNT Yên Sở đã được kéo dài để tăng khả năng lắng của bùn, lượng nước
thải vào nhỏ hơn thiết kế (đang trong quá trình điều chỉnh tăng dần) để đảm bảo
hai thông số TN, SS sau xử lý đều đạt QCCP (mức cột B). Mô hình L-SBR xử lý
15


được TN (mgNloại/gMLSS/giờ) lớn hơn mô hình SBR/C-Tech là do thời gian
phản ứng của SBR/C-Tech chỉ 50% trong toàn bộ các ngăn phản ứng; trong khi
đó L-SBR có 50% thời gian phản ứng trong ngăn sục khí, ngăn selector 1 và 2
(30% tổng thể tích bể) có thời gian phản ứng là 100%.
Bảng 4-1. Các mức MLSS tối ưu

TT Khoảng yêu cầu
MLSS trong bể sục khí, mg/l
L-SBR
SBR/C-Tech
1 SSra ≤ 40,5mg/l
≤ 4.047
≤ 2.671
2 TNra ≤ 16,2mg/L
≥ 3.197
≥ 3.423
Bảng 4-2. SVI, MLSS trong thí nghiệm trên mô hình SBR/C-Tech, L-SBR
SVI (ml/g) ở các mức MLSS tương ứng
Mô hình
875mg/l
3.197mg/l
4.047mg/l
3.600mg/l
SBR/C-Tech
120
173
196
184
L-SBR
120
134
142
137

L-SBR (trái) và SBR/C-Tech (phải)
L-SBR pha sục khí

Hình 4-2. Hình ảnh thí nghiệm trên mô hình SBR/C-Tech, L-SBR
Bảng 4-3. Lượng TN được xử lý theo MLSS, F(N)/M
Mô hình
Nhà máy XLNT Yên Sở
SBR/C-Tech
L-SBR

4.1.3

TN được xử lý (mgNloại/gMLSS/giờ) tương ứng với
MLSS = 3.197mg/l MLSS = 4.047mg/l
Trung
F(N)/M = 0,0186
F(N)/M = 0,0236
bình
1,299
1,018
1,159
0,617
0,539
0,578
0,633
0,570
0,601

Thí nghiệm 2: nghiên cứu hiệu suất xử lý các thông số bởi mô hình LSBR khi duy trì MLSS ở mức tối ưu

Nồng độ BOD5, COD, SS, NH4+-N, TN, TP, PCB vận hành mô hình bể L-SBR
(với nước thải lấy từ lưu vực sông Cầu Bây) trong điều kiện duy trì MLSS
16

3.600mg/l (trung bình của mức tối ưu được xác định ở thí nghiệm 1) như Hình 4-3
÷ Hình 4-9 đều đạt QCCP cột A. Nồng độ các thông số sau xử lý không phụ thuộc
vào BOD5:TN chứng tỏ hiệu suất xử lý sự phụ thuộc vào nguồn C trong MLSS
hơn là trong chất ô nhiễm hữu cơ có trong nước thải do có nồng độ thấp (BOD5
thấp). Các mẫu phân tích có BOD5:TN biến thiên trong khoảng 1,586

2,1.

BOD5 sau xử lý 5,7mg/l, lớn nhất 8,0mg/l so với QCCP cột A 24,3mg/l; hiệu

-

suất xử lý trung bình 93%, so với hiệu suất công nghệ SBR đã được khảo sát
trên thế giới có thể đạt đến 92,5

95% của nước thải đô thị, so với hiệu suất

của nhà máy XLNT Yên Sở trong giai đoạn nghiên cứu là 92%. COD sau xử
lý 15,5mg/l, lớn nhất 25,3mg/l so với QCCP cột A 60,75mg/l; hiệu suất xử lý
trung bình 92% so với hiệu suất của nhà máy XLNT Yên Sở trong giai đoạn
nghiên cứu là 90%. Hiệu suất vận hành thực tế thấp hơn hiệu suất thiết kế (95%)
vì BOD5, COD đầu vào thấp hơn thiết kế. Tuy nhiên, từ các kết quả này có thể
khẳng định L-SBR được cải tiến để xử lý TN đạt QCCP cột A trong điều kiện

120
100
80
60

40
20
-

BOD5 vào

BOD5 ra

QCCP BOD5

1,586
1,586
1,587
1,587
1,594
1,594
1,601
1,601
1,619
1,619
1,667
1,667
1,682
1,682
1,716
1,716
1,723
1,723
1,790
1,790

1,861
1,861
1,927
1,927
1,962
1,962
1,989
1,989
2,100
2,100

mg/l

BOD5:TN thấp nhưng vẫn không làm giảm hiệu suất xử lý đối với BOD5;

BOD5:TN

Hình 4-3. BOD5 trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu

mg/l

300

COD vào

COD ra

QCCP COD

200

100

1,586
1,586
1,587
1,587
1,594
1,594
1,601
1,601
1,619
1,619
1,667
1,667
1,682
1,682
1,716
1,716
1,723
1,723
1,790
1,790
1,861
1,861
1,927
1,927
1,962
1,962
1,989
1,989

2,100
2,100

-

BOD5:TN

Hình 4-4. COD trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu
-

SS sau xử lý 25,5mg/l, lớn nhất 38,7mg/l so với QCCP cột A 40,5mg/l; so với
nhà máy XLNT Yên Sở trong giai đoạn nghiên cứu là 56mg/l, lớn nhất
17


86mg/l; so với thí nghiệm trên mô hình SBR/C-Tech tính toán theo công thức
tuyến tính là 61,4mg/l. SVI đo được trung bình 115ml/g cho thấy bùn dễ lắng,
tuy nhiên SS cao vì Selector 2 cho phép bùn dạng sợi không lắng được trôi
theo nước thải sau xử lý, phần bùn lưu lại trong bể chỉ bùn dễ lắng (đã loại vi
sinh vật dạng sợi bằng quá trình lắng tại Selector 2). Điều này cho thấy khả
năng lắng của bùn trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tốt hơn nhà máy
XLNT Yên Sở và mô hình SBR/C-Tech;
400

SS vào

SS ra

QCCP SS

mg/l

300
200
100

1,586
1,586
1,587
1,587
1,594
1,594
1,601
1,601
1,619
1,619
1,667
1,667
1,682
1,682
1,716
1,716
1,723
1,723
1,790
1,790
1,861
1,861
1,927
1,927

1,962
1,962
1,989
1,989
2,100
2,100

-

BOD5:TN

Hình 4-5. SS trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu
NH4+-N sau xử lý 2,2mg/l, lớn nhất 3,8mg/l so với QCCP cột A 4,05mg/l,

-

hiệu suất xử lý 95%; so với nhà máy XLNT Yên Sở trong thời gian nghiên
cứu có NH4+-N trung bình trước xử lý 41mg/l, sau xử lý 2,7mg/l, sau xử lý
lớn nhất 9mg/l, hiệu suất xử lý trung bình 93,4%. Hiệu suất xử lý NH4+-N
cao nhờ quá trình phản ứng loại bỏ C, nitrat hóa, khử nitrat khi có amoni
xẩy ra trong bể selector đã được tăng cường ở L-SBR so với SBR/C-Tech;
50

NH4-N vào

NH4-N ra

QCCP NH4-N

mg/l

40
30
20
10

1,586
1,586
1,587
1,587
1,594
1,594
1,601
1,601
1,619
1,619
1,667
1,667
1,682
1,682
1,716
1,716
1,723
1,723
1,790
1,790
1,861
1,861
1,927
1,927

1,962
1,962
1,989
1,989
2,100
2,100

BOD5:TN

Hình 4-6. NH4+-N trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu
-

TN sau xử lý 13,5mg/l, lớn nhất 15,9mg/l so với QCCP cột A 16,2mg/l; hiệu
suất xử lý 72%. So với nhà máy XLNT Yên Sở trong giai đoạn nghiên cứu
14mg/l, lớn nhất 28mg/l, hiệu suất xử lý 70%. Điều này cho thấy khi cùng duy

18


trì mức độ MLSS cao thì khả năng xử lý TN đều cao trong thí nghiệm trên mô
hình L-SBR, nhà máy XLNT Yên Sở;
TP sau xử lý 1,88mg/l, lớn nhất 3,0mg/l so với QCCP 3,24mg/l; hiệu suất xử lý

-

58%. Như vậy, L-SBR có khả năng xử lý TP trong nước thải lưu vực sông Cầu

70
60
50

40
30
20
10
-

TN vào

TN ra

QCCP TN

1,586
1,586
1,587
1,587
1,594
1,594
1,601
1,601
1,619
1,619
1,667
1,667
1,682
1,682
1,716
1,716
1,723
1,723

1,790
1,790
1,861
1,861
1,927
1,927
1,962
1,962
1,989
1,989
2,100
2,100

mg/l

Bây đạt QCCP cột A;

BOD5:TN

Hình 4-7. TN trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu
6,00

TP vào

TP ra

QCVN TP

5,00

mg/l

4,00
3,00
2,00
1,00

1,586
1,586
1,587
1,587
1,594
1,594
1,601
1,601
1,619
1,619
1,667
1,667
1,682
1,682
1,716
1,716
1,723
1,723
1,790
1,790
1,861
1,861
1,927

1,927
1,962
1,962
1,989
1,989
2,100
2,100

-

BOD5:TN

Hình 4-8. TP trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu
∑PCB sau xử lý 1.497ng/l, lớn nhất 1.920g/l so vơi QCCP cột A 2.430ng/l;

-

hiệu suất xử lý 47%. Như vậy, L-SBR có khả năng xử lý PCB đạt QCCP cột
A đối với nước thải lưu vực sông Cầu Bây;
4.000

PCB vào

PCB ra

QCCP PCB

mg/l

3.000

2.000
1.000
0
1,586

1,594

1,667

1,723

1,861

1,927

BOD5:TN

Hình 4-9. PCB trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu

19


-

Hình 4-3 ÷ Hình 4-9 cho thấy các thông số BOD5, COD, SS, NH4+-N, TN
trong nước thải sau xử lý ổn định mặc dù đầu vào biến động lớn, trong khi đó
TP, PCB có biến động lớn hơn (nhưng vẫn đạt QCCP). Mức độ ổn định này
cũng phù hợp với kết quả phân tích mẫu nước tại các ngăn phản ứng khác
nhau cho thấy BOD5 và TN trung bình thực tế vận hành tương đối sát với tính
toán; trong khi đó NH4+-N, TP có sự chênh lệch lớn. BOD5, COD sau xử lý

ổn định vì nồng độ trong nước thải vào mặc dù biến động lớn nhưng nồng độ
thấp, có nghĩa nguồn C sẵn có trong nước thải đã được tận dụng tối đa cho
quá trình sinh học, có nghĩa BOD5, COD hầu như được xử lý triệt để (ưu tiên
trước khi sử dụng bùn vi sinh như là nguồn C). SS, NH4+-N, TN trong nước
thải sau xử lý ổn định cho thấy cải tiến cho L-SBR phát huy hiệu quả tốt. TP
trong nước thải sau xử lý biến động lớn hơn nước thải vào vì việc xử lý TP
phụ thuộc quá trình yếm khí, mà thời gian của quá trình yếm khí xẩy ra trong
Selector 2 phụ thuộc vào mức độ sẵn có của NOx trong bùn hồi lưu – hay phụ
thuộc vào biến động của cả TN và NH4+-N. Sự biến động của PCB trong nước
thải sau xử lý hầu như tương đương với biến động PCB trong nước thải vào
vì quá trình xử lý PCB qua quá trình sinh học nói chung, L-SBR nói chung là
hạn chế (hiệu suất thấp) và chủ yếu phụ thuộc vào sự hấp thụ có giới hạn của
bùn.

-

Chỉ số F/M của thí nghiệm trên mô hình L-SBR 0,034 thấp hơn nhiều so với
F/M tính toán thiết kế 0,155; tuy nhiên chỉ thấp hơn không đáng kể so với
khoảng F/M của SBR (0,05 0,3), của quá trình bùn hoạt tính khử N các bước
riêng lẻ (0,05

0,2). Tuy nhiên, chỉ số SVI chỉ 115, thấp hơn thiết kế 120,

chứng tỏ khả năng lắng tốt của bùn trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR;
-

Chỉ số F(N)/M của thí nghiệm trên mô hình L-SBR 0,02 thấp hơn không
nhiều so với F(N)/M thiết kế L-SBR và thiết kế SBR/C-Tech cũng như thiết
kế của nhà máy XLNT Yên Sở 0,025; tuy nhiên nằm trong khoảng của quá
trình bùn hoạt tính khử N một bước (0,02

-

0,15);

Nồng độ ∑PCB trung bình trong nước thải vào, trong bùn thải, trong nước
thải sau xử lý; căn cứ lượng bùn thải, nước thải tính toán được ∑PCB được
xử lý do phân hủy sinh học và hấp thụ vào bùn như Hình 4-10. Nồng độ
20


PCB trong bùn cao 1.793ng/g. Không có quy chuẩn quy định về ngưỡng
nguy hại của PCB trong bùn thải từ quá trình xử lý nước để so sánh;
Hiệu suất xử lý sinh học trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR đối với ∑PCB

-

là 28,6% so với CAS là 13% (đã được nghiên cứu tại nhà máy XLNT
Thessaloniki – Hy Lạp). Hiệu suất phân hủy sinh học PCB trong thí nghiệm
trên mô hình L-SBR cao hơn có thể do nước thải vào có nguồn C thấp (BOD5
= 84,6mg/l so với 560mg/l tại nhà máy XLNT Thessaloniki), do đó các
nguồn C khác (bao gồm trong PCB) được tận dụng cho quá trình sinh học;
Hiệu suất xử lý do hấp thụ vào bùn trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR

-

đối với∑PCB là 18,0% so với CAS là 65%. Hiệu suất CAS cao hơn hiệu
suất trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR phần lớn là do lượng bùn thải của
nhà máy XLNT Thessaloniki (có lắng sơ bộ, trong khi L-SBR không có lắng
sơ bộ) là 1,37kg bùn/m3 nước thải được xử lý, trong khi thí nghiệm trên mô

hình L-SBR 0,33 kg bùn/m3 nước thải được xử lý;
Tổng hiệu suất xử lý ∑PCB của thí nghiệm trên mô hình L-SBR là 46,6%, so

-

với CAS là 77% (đã được nghiên cứu tại nhà máy XLNT Thessaloniki – Hy
Lạp) chủ yếu là do lượng bùn thải của thí nghiệm trên mô hình L-SBR thấp;
Khi PCBvào tăng, hiệu suất xử lý có xu hướng giảm. Có nghĩa khi nồng độ

-

PCBvào tăng thì nồng độ PCBra tăng, do đó đến một giới hạn nhất định, PCB
trong nước thải sau xử lý có thể sẽ không đạt được QCCP;
Khối lượng, µg/ngày

µg/ngày

200
150

46,6%

60%
40%

18,0%

100
50

% xử lý được

28,6%

20%
100,0

62,9

162,9

∑PCB được phân hủy sinh học

∑PCB được hấp phụ vào bùn

∑PCB được xử lý sinh học và
hấp phụ vào bùn

0

0%

Hình 4-10. Hiệu suất xử lý ∑PCB trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR
4.2
-

Tính toán thiết kế, đánh giá hiệu quả và khả năng áp dụng công nghệ
L-SBR
Theo tính toán, thể tích bể L-SBR yêu cầu cao hơn SBR/C-Tech 6%; nhu
cầu oxy cho L-SBR cao hơn SBR/C-Tech 7%. Tuy nhiên, việc tăng không

21


đáng kể này, L-SBR vẫn giữ được ưu điểm của SBR là có diện tích chiếm
đất thấp, chi phí đầu tư và vận hành thấp so với các công nghệ khác.
-

Ưu điểm của L-SBR so với SBR trước đây và các công nghệ khác là không phải
bổ sung nguồn C từ bên ngoài khi xử lý nước thải có BOD5:TN thấp, tiết kiệm
lớn chi phí vận hành (đối với trường hợp nhà máy XLNt Yên Sở tiết kiệm được
180 Tỷ Đồng/năm, riêng chi phí định lượng đường là 160 tỷ Đồng/năm), đối
với công suất của nhà máy XLNT cho lưu vực sông Cầu Bây 106.244m3/ngày
sẽ tiết kiệm được ít nhất 100 tỷ Đồng/năm – mang lại hiệu quả kinh tế lớn

-

Hiệu quả xử lý N (f(C/N)) theo kết quả thí nghiệm trên mô hình L-SBR đối với
chất hữu cơ trong nước thải 1,32

1,54, đối với bùn 0,66

nghệ SBR đã được nghiên cứu trước đây là 0,3

1,10 so với công

0,6. L-SBR được vận hành

sử dụng nguồn C xử lý TN chủ yếu từ bùn, do đó hiệu quả xử lý của L-SBR
có thể được xem là 0,66

1,10. f(C/N) của L-SBR cao hơn cho thấy hiệu quả

xử lý TN với nguồn C hạn chế của L-SBR tốt hơn, có nghĩa là việc cải tiến
công nghệ đạt hiệu quả theo giả thuyết khoa học và cơ sở thực tiễn nêu trên.
-

L-SBR có thể xử lý TN của hầu hết các nhà máy XLNT tại Việt Nam hiện
nay đạt QCCP cột A mà không phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài.

4.3

Kết luận chương 4

Trên cơ sở đặc tính nước thải lưu vực sông Cầu Bây được nghiên cứu ở chương
3, phù hợp với giả thuyết và mô hình thí nghiệm được thiết lập ở chương 2, kết
quả nghiên cứu chương 4 cho thấy công nghệ mới L-SBR phù hợp cho nước thải
lưu vực sông Cầu Bây, xử lý được nước thải đạt QCCP cột A mà không phải bổ
sung nguồn C từ bên ngoài, giúp tiết kiệm chi phí vận hành. Hiệu suất xử lý, hiệu
quả đầu tư của L-SBR cao hơn so với các công nghệ đang áp dụng tại Việt Nam.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1.

Kế t quả đạt được của luận án

Luận án đã nêu được tổng quan của hiện trạng và quy hoạch lưu vực sông Cầu
Bây; lịch sử hình thành và phát triển hệ thống thoát nước và thu gom xử lý nước
thải trên thế giới và các đô thị khác của Việt Nam; đã tổng hợp được đặc tính
22

nước thải đặc thù của các nhà máy XLNT đang vận hành tại Việt Nam so với thế
giới; các công nghệ đang áp dụng và hiệu quả xử lý của nó. Vấn đề còn tồn tại là
nước thải Việt Nam có đặc thù là BOD5 thấp, TN cao (BOD5:TN thấp), trong số
6 công nghệ đang áp dụng tại Việt Nam thì khi yêu cầu nước thải sau xử lý đạt
QCCP cột A, phải thực hiện bổ sung nguồn C từ bên ngoài. Thực tế đã xẩy ra đối
với trường hợp nhà máy XLNT Yên Sở, làm tăng chi phí vận hành lớn vượt quá
khả năng chi trả của ngân sách. Luận án tập trung giải quyết vấn đề còn tồn tại
này bằng đề xuất giải pháp công nghệ phù hợp. Tuy nhiên, tồn tại một vấn đề
khác là chưa có nghiên cứu tổng thể nào đánh giá được mức độ ô nhiễm của sông,
đặc tính ô nhiễm của nước thải lưu vực sông Cầu Bây. Do đó để làm cơ sở cho
đề xuất giải pháp công nghệ phù hợp, cần phải nghiên cứu đặc tính ô nhiễm và
đặc tính nước thải lưu vực sông Cầu Bây.
Qua nghiên cứu các cơ chế phản ứng, thực tế hiệu quả của các công nghệ đang
áp dụng tại Việt Nam, SBR được chọn để nghiên cứu, cải tiến phù hợp bằng tăng
cường các phản ứng thiếu khí, tăng MLSS và giải pháp cải thiện khả năng lắng
của bùn bằng bể lựa chọn vi sinh vật (selector).
Kết quả nghiên cứu cho thấy nước sông Cầu Bây có các thông số COD, BOD5,
SS, NH4+-N, TP vượt quá nhiều lần QCCP đối với sông Cầu Bây. TN, PCB không
có trong QCCP nhưng có nồng độ ở mức cao. PCB phân bố trong tất cả các mẫu
trầm tích và cao hơn đáng kể ở các vị trí lấy mẫu gần KCN Đài Tư và KCN Sài
Đồng. Tuy nhiên tất cả các mẫu nằm trong giới hạn cho phép của QCCP đối với
tổng PCB trong trầm tích nước ngọt.
Tính đặc thù của nước thải lưu vực sông Cầu Bây có BOD5 thấp, TN cao, tỷ lệ
BOD5:TN = 1,75, trong khoảng đặc thù của nước thải Việt Nam nói chung có
BOD5:TN = 1,62

4,10 (trung bình 1,71); thấp hơn so với khoảng đặc trưng của

nước thải sinh hoạt 3,13

5,50 và thấp hơn nhiều so với khoảng đặc trưng của

nước thải thu gom chung 12,94

15,00.

Luận án phát triển được công nghệ L-SBR trên cơ sở cải tiến công nghệ SBR.
Công nghệ L-SBR xử lý được tất cả các thông số COD, BOD5, SS, NH4+-N, TN,
23