NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MBBR (MOVING BED BIOFILM REACTOR) ĐỂ XỬ LÝ NƢỚC THẢI SẢN XUẤT BIA

CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI

\s

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA MÔI TRƢỜNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : TS. Trần Ứng Long

NGUYỄN HOÀNG NHƢ
Cán bộ chấm nhận xét 1 :

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
MBBR (MOVING BED BIOFILM REACTOR)
ĐỂ XỬ LÝ NƢỚC THẢI SẢN XUẤT BIA

Chuyên ngành

: Công nghệ Môi trƣờng

MSHV

: 10251018

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN

THẠC SĨ, TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH,
ngày . . . . . tháng . . . . năm 2013
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, 12/2012

ii


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc

------------------------------

------oOo-----Tp. HCM, ngày 01 tháng 05 năm 2012

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên

: NGUYỄN HOÀNG NHƢ

Giới tính : Nam

Ngày, tháng, năm sinh

: 08/10/1987

Nơi sinh : An Giang

Chuyên ngành

: Công nghệ Môi trƣờng

LỜI CẢM ƠN
Thực hiện luận văn cao học thật sự là một thách thức lớn trong quá trình học tập
và công tác, thông qua đó giúp em ho ̣c đƣơ ̣c nhiề u điề u cả trên lý thuyế t lẫn thƣ̣c tiễn
cuô ̣c số ng. Để có đƣơ ̣c nhƣ̃ng trải nghiê ̣m này , em xin gƣ̉i lời cảm ơn chân thành đế n
thầ y Trần Ứng Long đã tạo điều kiện và chỉ dạy em trong suố t khoảng thời gian công
tác và nghiên cƣ́u. Với lòng biế t ơn, em xin kính chúc Thầ y luôn khỏe mạnh.

1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm

Reactor) để xử lý nƣớc thải sản xuất bia.

Việt Nam, anh Mai Nghi Thuấn, anh Dƣơng Công Chung đã hỗ trơ ̣ tôi thực hiện mô

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

 Lập mô hình nghiên cứu, kế hoạch lấy mẫu, phân tích các thông số nƣớc thải
đầu vào và đầu ra của mô hình MBBR đối với nƣớc thải từ bể cân bằng của nhà
máy bia Sabmiller.
 Đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình đối với tính chất nƣớc thải đầu vào đã đề
ra.
 Đề xuất phƣơng án áp dụng công nghệ
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám đốc Công ty TNHH Sabmiller

:

01/05/2012

4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ :

15/12/2012

5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƢỚNG DẪN:

TS. Trần Ứng Long

hình thí nghiệm và phân tích các chỉ tiêu trong suốt quá trình thực nghiệm. Chúc mọi
ngƣời có nhiều sức khỏe, hạnh phúc và thành công trong công việc.
Chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên giúp tôi có thể vƣợt qua
tấ t cả khó khăn cho tới hôm nay. Chúc mọi ngƣời luôn bình an, hạnh phúc.
TP.HCM, ngày 16 tháng 12 năm 2012

Nội dung và đề cƣơng Luận văn thạc sĩ đã đƣợc Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua.

CÁN BỘ HƢỚNG DẪN

Nguyễn Hoàng Nhƣ

CN BỘ MÔN

TS. TRẦN ỨNG LONG
TRƢỞNG PHÕNG ĐT – SĐH

QL. CHUYÊN NGÀNH
TRƢỞNG KHOA QL NGÀNH

iii

iv


TÓM TẮT
Hiện nay, công nghiệp sản xuất bia, nƣớc giải khát ở Việt Nam đang phát triển
mạnh để phục vụ nhu cầu ngày càng tăng của xã hội. Quá trình sản xuất có thể phát
sinh ra lƣợng nƣớc thải ngày càng tăng trong khi việc tăng công suất hoạt động của hệ
thống xử lý nƣớc thải hiện hữu gặp phải nhiều khó khăn. Nên đề tài “ Nghiên cứu ứng
dụng công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) để xử lý nƣớc thải sản xuất
bia” đƣa ra thêm lựa chọn cho việc nâng cấp hệ thống xử lý nƣớc thải hiện hữu trở nên
đơn giản. Mô hình sử dụng hai loại giá thể lơ lửng trong điều kiện hiếu khí tuần tự là
K3 và F10 – 4 ở các mức tải trọng 1 Kg/m3.ngày, COD dòng vào <400 mg/l, TN <60
mg/l, TP <13 mg/l thời gian lƣu nƣớc 8h, ở mức tải trọng 1.5, 3, 4.5 KgCOD/m3.ngày,
COD dòng vào <2200mg/l, TN <80 mg/l, TP <21 mg/l và thời gian lƣu nƣớc tƣơng
ứng là 32, 16, 10h. Kết quả cho thấy ở mức tải trọng 1 và 1.5 KgCOD/m3.ngày, cả hai
loại giá thể đều thể hiện ƣu điểm tốt, dòng ra COD <43 mg/l, TN <14 mg/l, TP <4
mg/l đáp ứng đƣợc QCVN 24:2009/BTNMT, loại A. Ở các mức tải trọng cao hơn, TN
<14 mg/l đạt loại A theo tiêu chuẩn trên, Tp <5mg/l đạt loại B theo thiêu chuẩn trên,
COD đạt hiệu quả xử lý trung bình đến 92%.

v

ABSTRACT
In Vietnam, beverage industry have very good growth base on the social
development. Manufacturing process can generate increasing amount of wastewater

while increasing the operational capacity of the existing wastewater treatment system
encountered many difficulties. This research was studied on application of Moving
Bed Biofilm Reactor for brewing wastewater treatment, given more options for
upgrading existing wastewater treatment system. This experiment use two types of
media are K3 and F10 – 4 in difference organic loading rates 1 KgCOD/m3.day (outlet
of UASB tank), average characteristics of wastewater: COD lower than 400 mg/l, TN
lower than 60 mg/l and TP lower than 13 mg/l, hydraulic retention time is 8h ; 1.5, 3,
4.5 KgCOD/m3.day, average characteristics of wastewater: COD lower than 2200
mg/l, TN lower than 80 mg/l and TP lower than 21 mg/l, hydraulic retention time are
32, 16, 10h. The experimental result shown that in OLR 1 and 1.5 KgCOD/m3.day,
effluent: COD lower than 43 mg/l, TN lower than 14 mg/l, TP lower than 4 mg/l and
meet QCVN 24:2009/BTNMT, level A; the remaining OLR, TN lower 14 mg/l meet
level A, TP lower 5 mg/l meet level B and average efficiency of COD is 92%.

vi


Mục Lục

Mục Lục

MỤC LỤC

2.2.1.

2.2.2. Phƣơng pháp sinh học loại bỏ nitrogen ..................................................... 21
2.3.

TÓM TẮT....................................................................................................................... V
MỤC LỤC .....................................................................................................................VI

DANH MỤC BẢNG .....................................................................................................IX
DANH MỤC HÌNH........................................................................................................ X
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................ XIII

Phƣơng pháp sinh học .............................................................................. 16

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MBBR ..................................................... 27

2.3.1. Giới thiệu về công nghệ MBBR ................................................................ 27
2.3.2 Giá thể di động ............................................................................................. 28
2.3.3. Lớp màng biofilm ...................................................................................... 30
2.3.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lý bằng công nghệ MBBR ............ 32
2.3.5. Ứng dụng công nghệ MBBR .................................................................... 34

CHƢƠNG 1 ..................................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................. 2

1.2.

MỤC TIÊU NGHIÊN CƢ́U ............................................................................ 3

1.3.

ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CƢ́U ................................................. 3

1.3.1. Đối tƣợng nghiên cứu của luận văn bao gồm .............................................. 3
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................... 3

1.4.

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CƢ́U.................................................................... 4

1.4.1. Phƣơng pháp hồ i cƣ́u ................................................................................... 4
1.4.2. Phƣơng pháp thí nghiê ̣m và phân tić h ......................................................... 4
1.4.3. Phƣơng pháp nghiên cƣ́u mô hình ............................................................... 4
1.4.4. Phƣơng pháp xƣ̉ lý số liê ̣u ........................................................................... 4
1.4.5. Tính mới của đề tài và ý nghĩa thực tiễn ..................................................... 4
CHƢƠNG 2 ..................................................................................................................... 5
TỔNG QUAN .................................................................................................................. 5
2.1. TỔNG QUAN VỀ NƢỚC THẢI SẢN XUẤT BIA ............................................. 6
2.1.1. Quá trình sản xuất bia .................................................................................. 6
2.1.2. Thành phần ô nhiễm .................................................................................... 8
2.1.3. Công nghệ xử lý nƣớc thải sản xuất bia .................................................... 10
2.1.4. Tổng quan Hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy bia Sabmiller ................... 11
2.2.

TỔNG QUAN CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC ................................. 16
vi

2.5. NHỮNG THUẬN LỢI VÀ HẠN CHẾ CỦA CÔNG NGHỆ MBBR ................. 40
2.5.1. Thuận lợi ..................................................................................................... 40
2.5.2. Hạn chế ....................................................................................................... 40
2.4.

MỘT SỐ CÔNG TRÌNH ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ MBBR ........................ 40

2.4.1. Hệ thống xử lý nƣớc thải khu tự trị Sharjah .............................................. 40
2.4.2. Hệ thống xử lý nƣớc thải Siêu thị Coopmart Bà Rịa................................. 44

2.4.2. Hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy bia Sapporo Việt Nam ...................... 46
2.4.3. Hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy chế biến thủy sản Minh Phú – Hậu
Giang ................................................................................................................... 50
CHƢƠNG 3 ................................................................................................................... 54
CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ..................................................................... 54
3.1.

ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ....................................................................... 55

3.1.1. Nƣớc thải ................................................................................................... 55
3.1.2. Giá thể........................................................................................................ 55
3.2.

MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ............................................................................ 56

3.2.1. Thiết kế mô hình ........................................................................................ 56
3.2.2. Kích thƣớc trong mô hình ......................................................................... 58
3.2.3. Các chi tiết thiết bị trong mô hình ............................................................. 59
3.3.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .......................................................................... 56

3.3.1. Thí nghiệm thích nghi trên giá thể K3 ...................................................... 57
vii


Mục Lục

Mục Lục

3.3.2. Thí nghiệm 1.............................................................................................. 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................. 94

3.3.3. Thí nghiệm 2.............................................................................................. 59

LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ........................................................................................... 96

3.3.4. Thí nghiệm 3.............................................................................................. 59

PHẦN PHỤ LỤC .......................................................................................................... 97

3.3.5. Thí nghiệm 4.............................................................................................. 60

PHỤ LỤC 1: KẾT QUẢ PHÂN TÍCH ...................................................................... 97

3.3.6. Thí nghiệm 5.............................................................................................. 60

PHỤ LỤC 2: MỘT SỐ HÌNH ẢNH TRONG QUÁ TRÌNH NGHIÊN CỨU.......... 109

3.3.7. Thí nghiệm thích nghi, thí nghiệm 6; 7; 8; 9 ............................................. 61
3.4.

QUY TRÌNH LẤY MẪU VÀ PHƢƠNG PHÁP PHÂN TÍCH ..................... 62

3.4.1. Quy trình lấy mẫu ...................................................................................... 62
3.4.1. Phƣơng pháp phân tích .............................................................................. 62
CHƢƠNG 4 ................................................................................................................... 64
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN ......................................................................................... 64
4.1.

KẾT QUẢ VẬN HÀNH Ở GIAI ĐOẠN THÍCH NGHI ............................... 65

4.1.1. Sự phát triển của lớp màng vi sinh trên giá thể K3 ................................... 65
4.1.2. Sự phát triển của lớp màng vi sinh trên giá thể F10 – 4 ............................ 68
4.2.

KẾT QUẢ TRÊN MÔ HÌNH MBBR VỚI GIẢ THỂ K3 .............................. 71

4.2.1. So sánh hiệu quả xử lý COD, TN, TP và hàm lƣợng MLSS trên mô hình
có tuần hoàn và không tuần hoàn nƣớc ở tải trọng OLR=1.5 KgCOD/m3.ngày .. 71
4.2.2. Đánh giá kết quả phân tích trên mô hình với giá thể K3 ........................... 74
4.3. KẾT QUẢ TRÊN MÔ HÌNH MBBR VỚI GIÁ THỂ F10-4 .............................. 79
4.2.1. Diễn biến của chỉ tiêu pH .......................................................................... 80
4.2.2. Diễn biến của chỉ tiêu DO ......................................................................... 80
4.2.3. Hiệu quả xử lý COD .................................................................................. 81
4.2.4. Hiệu quả xử lý TN, TP .............................................................................. 82
4.2.3. Diễn biến MLSS của màng vi sinh ............................................................ 83
4.4. ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MBBR VÀO NÂNG
CẤP HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHÀ MÁY SABMILLER ....................... 86
4.4.1. Đánh giá kết quả phân tích với nƣớc thải lấy từ đầu ra của bể UASB........ 86
4.4.2. Đề xuất phƣơng án nâng cấp Hệ thống xử lý nƣớc thải hiện tại ................. 90
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 92
viii

ix


Danh Mu ̣c

Danh Mu ̣c

DANH MỤC BẢNG

DANH MUC
̣ HÌ NH
Hình 2.1. Công nghệ sản xuất bia và các dòng thải. ....................................................... 7

Bảng 2.1. Ngƣỡng giá trị chung của nƣớc thải trong công đoạn sản xuất bia ................ 8
Bảng 2.2. Đặc tính nƣớc thải một số nhà máy sản xuất bia. ........................................... 9
Bảng 2.3. Thông số nƣớc thải đầu vào hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy bia Sabmiller
....................................................................................................................................... 13
Bảng 2.4. Một số giống vi khuẩn và chức năng của chúng ........................................... 18
Bảng 2.5. Các phản ứng chuyển hóa sinh học của nitơ trong nƣớc .............................. 23
Bảng 2.6. Thông số các loại giá thể Anox Kaldnes....................................................... 28
Bảng 2.7. Các phản ứng chuyển hóa sinh học của nitơ trong nƣớc .............................. 37
Bảng 2.8. So sánh thông số thiết kế của MBBR với các công nghệ khác..................... 40
Bảng 2.9. Thông số thiêt kế cho hệ MBBR – keo tụ - tuyển nổi .................................. 41
Bảng 2.10. Thông số thiết kế hệ thống xử lý nƣớc thải Sharjah ................................... 42
Bảng 2.11. Kết quả thí nghiệm của hệ thống xử lý nƣớc thải khu tự trị Sharjah .......... 43
Bảng 3.1. Các thông số nƣớc thải đầu vào của mô hình ............................................... 55
Bảng 3.2. Thông số các loại giá thể sử dụng trong mô hình ........................................ 55
Bảng 3.3. Các thông số vận hành trong giai đoạn thích nghi ........................................ 57
Bảng 3.4. Các thông số vận hành ở thí nghiệm 1 .......................................................... 58
Bảng 3.5. Các thông số vận hành ở thí nghiệm 2 .......................................................... 59
Bảng 3.6. Các thông số vận hành ở thí nghiệm 3 .......................................................... 59
Bảng 3.7. Các thông số vận hành ở thí nghiệm 4 .......................................................... 60
Bảng 3.8. Các thông số vận hành ở thí nghiệm 5 .......................................................... 60
Bảng 3.9. Thời gian thực hiện mô hình trên giá thể F10 – 4 và tải trọng bề mặt.......... 61
Bảng 3.10. Diễn giải các vị trí lấy mẫu ......................................................................... 62

Bảng 3.11. Phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu ............................................................ 62
Bảng 4.1. Kết quả phân tích tại OLR=0.6KgCOD/m3.ngày trên giá thể K3 ................ 65
Bảng 4.2. Kết quả phân tích tại OLR=0.6KgCOD/m3.ngày trên giá thể F10-4 ............ 68
Bảng 4.3. So sánh kết quả vận hành mô hình MBBR trên hai loại giá thể ................... 85

Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải sản xuất bia điển hình. .............................. 10
Hình 2.3. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải nhà máy bia Sabmiller. ............................. 14
Hình 2.4. Hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy bia Sabmiller. ......................................... 16
Hình 2.5. Sơ đồ đất ngập nƣớc kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang. ........................ 21
Hình 2.6. Sơ đồ đất ngập nƣớc kiến tạo chảy ngầm theo chiều đứng. .......................... 21
Hình 2.7. Sự chuyển hóa nitơ trong quá trình chuyển hóa sinh học. ............................ 22
Hình 2.8. Mô tả quá trình xử lý của bể MBBR. ............................................................ 27
Hình 2.9. Các loại giá thể K1, K2, K3, Biofilm Chip M và Natrix-O. ......................... 29
Hình 2.10. Sự phát triển của lớp màng biofilm ở bên ngoài ít hơn bên trong............... 30
Hình 2.11. Mặt cắt lớp màng vi sinh trên giá thể K1. ................................................... 31
Hình 2.12. Nồng độ của chất nền theo chiều sâu lớp màng. ......................................... 32
Hình 2.13. Lớp biofilm dính bám trên bề mặt giá thể. .................................................. 33
Hình 2.14. Hệ MBBR khử hữu cơ và nitrogen.............................................................. 34
Hình 2.15. Các quy trình công nghệ tách sinh khối trong nƣớc sau khi qua MBBR. ... 35
Hình 2.16. Công nghệ MBBR xử lý hữu cơ. ................................................................. 36
Hình 2.17. Công nghệ MBBR để xử lý hữu cơ và phosphorus. .................................... 36
Hình 2.18. Quy trình xử lý BOD và chất dinh dƣỡng. .................................................. 38
Hình 2.19. AnoxKaldnesTM – bể MBBR độc lập. ......................................................... 38
Hình 2.20. HybasTM – quy trình kết hợp. ..................................................................... 39
Hình 2.21. LagoonGuardTM – quy trình hồ sinh học. .................................................... 39
Hình 2.22. BasTM – quy trình kết hợp. ........................................................................... 39
Hình 2.23. Hệ MBBR kết hợp keo tụ. ........................................................................... 41
Hình 2.24. Công nghệ MBBR để xử lý hữu cơ và photpho. ......................................... 43
Hình 2.25. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải Siêu thị Coopmart Bà Rịa. ..................... 44
Hình 2.26. Lƣới chặn giá thể, thiết bị trộn tĩnh và máy thổi khí trong hệ MBBR. ....... 46

ix

x


Danh Mu ̣c

Danh Mu ̣c

Hình 2.27. Giá thể K3 – Anox Kaldnes trƣớc khi cho vào bể MBBR. ......................... 46

Hình 4.10. Diễn biến COD và MLSS ở tải trọng OLR=1.5KgCOD/m3.ngày trên giá thể
K3. ................................................................................................................................. 73

Hình 2.28. Sơ đồ công nghệ Hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy bia Sapporo. ............ 47
Hình2.29 . Giá thể K3 trong giai đoạn hình thành màng của Nhà máy bia Sapporo. ... 49
Hình 2.30. Hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy bia Sapporo. ........................................ 50
Hình 2.31. Sơ đồ công nghệ trạm xử lý nƣớc thải Minh Phú – Hậu Giang. ................. 51
Hình 2.32. Trƣớc và sau khi hình thành màng trên giá thể K3 của hệ thống xử lý nƣớc
thải Minh Phú – Hậu Giang. .......................................................................................... 52

Hình 4.11. Diễn biến TN và TP ở tải trọng OLR=1.5KgCOD/m3.ngày trên giá thể K3.
....................................................................................................................................... 73
Hình 4.12. Diễn biến pH thí nghiệm trên giá thể K3. ................................................... 74
Hình 4.13. Diễn biến DO thí nghiệm trên giá thể K3. .................................................. 75
Hình 4.14. Hiệu quả xử lý COD thí nghiệm trên giá thể K3. ........................................ 76

Hình 3.1. Các loại giá thể sử dụng trên mô hình MBBR. ............................................. 56

Hình 4.15. Hiệu quả xử lý TN, TP thí nghiệm trên giá thể K3. .................................... 77

Hình 3.2. Sơ đồ công nghệ mô hình MBBR. ................................................................ 57

Hình 4.16. Diễn biến MLSS của màng vi sinh trên giá thể K3. .................................... 78

Hình 3.3. Mô hình MBBR thực tế. ................................................................................ 58

Hình 4.17. Màng vi sinh hình thành trên giá thể K3 ngày thứ 78 và 95. ...................... 79

Hình 3.4. Kích thƣớc bể MBBR1-2 và bể lắng. ............................................................ 58

Hình 4.18. Diễn biến pH thí nghiệm trên giá thể F10-4. ............................................... 80

Hình 3.5. Các thiết bị chính trong mô hình MBBR. ..................................................... 59

Hình 4.19. Diễn biến DO thí nghiệm trên giá thể K3. .................................................. 81

Hình 3.6. Các phụ kiện trong mô hình. ......................................................................... 59

4.2.3.

Hình 3.7. Sơ đồ mô hình thí nghiệm. ............................................................................ 60

Hình 4.20. Hiệu quả xử lý COD thí nghiệm trên giá thể F10 – 4. ................................ 82

Hình 3.8. Tóm tắt các nội dung thí nghiệm. .................................................................. 56

4.2.4.

Hình 3.9. Men vi sinh Biosystem B560HV sử dụng nuôi cấy vi sinh. ......................... 58

Hình 4.21. Hiệu quả xử lý TN, TP trên giá thể F10-4. .................................................. 83

Hình 3.10. Các vị trí lấy mẫu. ....................................................................................... 62

4.2.3.

Hình 4.1. Bọt trắng nổi trên bề mặt bể phản ứng trong giai đoạn thích nghi. ............... 65

Hình 4.22. Diễn biến MLSS của màng vi sinh trên giá thể F10-4. ............................... 84

Hình 4.2. Diễn biến pH và DO trong giai đoạn thích nghi............................................ 66

Hình 4.23. Màng vi sinh hình thành trên giá thể F10 – 4 ngày thứ 56 và 77. ............... 85

Hình 4.3. Màng vi sinh hình thành trên giá thể K3 ngày thứ 3 và 20. .......................... 67

Hình 4.24. Diễn biến pH và DO ở thí nghiệm 5............................................................ 86

Hình 4.4. Diễn biến MLSS của màng vi sinh và hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn
thích nghi. ...................................................................................................................... 68

Hình 4.25. Diễn biến MLSS và hiệu quả xử lý COD ở thí nghiệm 5. .......................... 87

Hình 4.5. Bọt trắng xuất hiện trên bề mặt bể MBBR trong quá trình làm đầy bể. ....... 69

Hình 4.27. Hiệu quả xử lý TN, TP ở thí nghiệm 5. ....................................................... 88

Hình 4.6. Diễn biến pH và DO trong giai đoạn thích nghi trên giá thể F10-4. ............. 70

Hình 4.28. Diễn biến pH và DO ở thí nghiệm 9............................................................ 88

Hình 4.7. Diễn biến MLSS của màng vi sinh và hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn
thích nghi. ...................................................................................................................... 70

Hình 4.29. Diễn biến MLSS và hiệu quả xử lý COD ở thí nghiệm 9. .......................... 89

Hình 4.8. Màng vi sinh hình thành trên giá thể F10 – 4 ngày thứ 7 và ngày thứ 20. .... 71

Hình 4.31. Hiệu quả xử lý TN, TP ở thí nghiệm 9. ....................................................... 90

Hình 4.9. Diễn biến pH và DO ở tải trọng OLR=1.5KgCOD/m3.ngày trên giá thể K3.
....................................................................................................................................... 72

Hình 4.32. Sơ đồ công nghệ đề xuất áp dụng mô hình MBBR cho nhà máy bia
Sabmiller. ....................................................................................................................... 91

xi

xii

Hiệu quả xử lý COD .................................................................................. 81

Hiệu quả xử lý TN, TP .............................................................................. 82

Diễn biến MLSS của màng vi sinh ............................................................ 83

Hình 4.26. Màng vi sinh bám dính trên giá thể ở hai bể MBBR trong thí nghiệm 5. ... 87

Hình 4.30. Màng vi sinh bám dính trên giá thể ở hai bể MBBR trong thí nghiệm 9. ... 89


Danh Mu ̣c

Chƣơng 1. Mở đầu

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BOD5

Nhu cầu oxy sinh hoá 5 ngày (Biochemical Oxygen Demand 5 days)

COD

Nhu cầu oxy hoá học (Chemical Oxygen Demand)

DO

Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen)

F/M

Tỉ số cơ chất/vi sinh (Food/Microorganism)

HRT

Thời gian lƣu nƣớc thuỷ lực (Hydraulic Retention Time)

MBBR

Xử lý sinh học với giá thể lơ lửng (Moving Bed Biofilm Reactor)

MLSS

Hàm lƣợng chất rắn lơ lửng ( Mixed Liquor Suspended Solids)

MLVSS

Hàm lƣợng chất rắn bay hơi (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids)

OLR

Tải lƣợng chất hữu cơ (Organic loading rate)

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

SRT

Thời gian lƣu bùn (Sludge retention time)

TSS

Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid)

SVI

Thể tích lắng của bùn (Sludge volume index)

TKN

Tổng nitơ Kjeldahl (Total Kjeldahl nitrogen)

TN

Tổng nitơ (Total Nitrogen)

TP

Tổng Phốtpho (Total Phosphorus)

VFA

Acid béo bay hơi (Volatile Fat Acid)

SVI

Chỉ số thể tích bùn (Sludge Volumn Index)

SALR

Tải trọng bề mặt (Surface Area Loading Rate)

SARR

Tải trọng bề mặt xử lý (Surface Area Removal Rate)

CHƢƠNG

MỞ ĐẦU

UASB
Bể xử lý sinh học kỵ khí dòng chảy ngƣợc (Up-ward flow Anaerobic
Sludge Blanket)
KCN

Khu công nghiệp

xiii

1

1


Chƣơng 1. Mở đầu

1.1.

Chƣơng 1. Mở đầu

ĐẶT VẤN ĐỀ

1.2.

Bia đƣợc đƣợc con ngƣời biết đến từ rất lâu, nhiều chứng cứ cho thấy nó có từ
hơn 5000 năm trƣớc Công nguyên. Ngành công nghiệp bia bắt đầu ở Việt Nam cách
đây trên 100 năm. Hiện nay, nhu cầu sống của xã hội ngày càng tăng cao: nhu cầu giải
trí, vui chơi, thƣởng thức những điều thú vị mới, ...và bia là một trong những đồ uống

đƣợc ƣa chuộng nhiều nhất để sử dụng trong các hoạt động này do đó chỉ trong thời
gian ngắn, ngành sản xuất bia đã có những bƣớc phát triển mạnh mẽ. Mức tiêu thụ bia
bình quân theo đầu ngƣời vào năm 2011 dự kiến là 28 lít/ngƣời/năm. Bình quân lƣợng
bia tăng 20% mỗi năm. Các nhà máy bia đƣợc đầu tƣ và xây dựng rất nhiều. Ngoài
việc sản xuất bia, các nhà máy này cũng thải ra một lƣợng lớn nƣớc thải mang đặc
trƣng của ngành. Nƣớc thải do sản xuất rƣợu bia thải ra thƣờng có đặc tính chung là ô
nhiễm hữu cơ rất cao, nƣớc thải thƣờng có màu xám đen và khi thải vào các thủy vực
đón nhận thƣờng gây ô nhiễm nghiêm trọng do sự phân hủy của các chất hữu cơ diễn
ra rất nhanh. Thêm vào đó là các hoá chất sử dụng trong quá trình sản xuất nhƣ
CaCO3, CaSO4, H3PO4, NaOH, Na2CO3…Những chất này cùng với các chất hữu cơ
trong nƣớc thải có khả năng đe dọa nghiêm trọng tới thuỷ vực đón nhận nếu không
đƣợc xử lý hợp lý.
Khu vực phía Nam hiện nay đang có nhiều thƣơng hiệu bia nổi tiếng với quy
mô sản xuất lớn nhƣ nhà máy bia Sài Gòn, nhà máy bia Việt Nam, nhà máy bia
Sabmiller, nhà máy bia Sapporo… Các nhà máy bia này đã đầu tƣ rất kỹ lƣỡng ngay từ
đầu cho công tác xử lý nƣớc thải để giảm thiểu ô nhiễm khi xả thải ra nguồn tiếp nhận.
Tuy nhiên, công suất của nhà máy có thể nâng lên trong một giai đoạn nhất định hoặc
theo thời gian sẽ mở rộng quy mô sản xuất và điều cần thiết khi này là phải có biện
pháp vận hành, cải tạo để hệ thống xử lý nƣớc thải có thể đáp ứng tốt yêu cầu vận hành
mới.
Công nghệ xử lý sinh học hiếu khí truyền thống dựa trên hoạt động của vi sinh
vật lơ lửng (quá trình bùn hoạt tính) có hiệu quả đối với chất hữu cơ và dinh dƣỡng
nhƣng vẫn còn một số vấn đề đi kèm nhƣ khả năng lắng của bùn, cần khối tích phản
ứng và lắng lớn, tiêu tốn năng lƣợng dòng tuần hoàn...[12].
Trong khi đó quá trình màng sinh học với giá thể di động (MBBR) đã đƣợc phát
triển ở Nauy từ thập niên 80. MBBR đạt đƣợc hiệu quả xử lý sinh học cao cơ bản dựa
trên sự kết hợp lợi điểm của quá trình bùn hoạt tính và quá trình màng sinh học.
Từ những tính chung của các vấn đề nêu trên giúp tôi xác định tính cần thiết khi
lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR(Moving Bed Biofilm
Reactor) để xử lý nước thải sản xuất bia”.

2

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Nghiên cƣ́u , đánh giá hiê ̣u quả x ử lý chất hữu cơ và dinh dƣỡng của mô hình
MBBR hiếu khí bằng giá thể K3 và F10-4 ở các tải trọng 1.5 kg COD/m3ngày.đêm; 3
kg COD/m3ngày.đêm và 4.5 kg COD/m3ngày.đêm
Đề xuất phƣơng án cải tạo Hệ thống xử lý nƣớc thải của nhà máy bia Sabmiller
khi cần tăng công suất hoạt động.
1.3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.3.1. Đối tƣợng nghiên cứu của luận văn bao gồm
Thu thập thông tin và tổng quan các tài liệu liên quan đến các phƣơng pháp xử lý
nƣớc thải sản xuất bia hiện nay.
Thu thập thông tin và tổng quan các tài liệu liên quan đến hiệu quả xử lý nƣớc
thải sản xuất bia của phƣơng pháp MBBR.
Nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm về công nghệ xử lý nƣớc thải sản xuất bia
bằng phƣơng pháp xử lý MBBR, gồm có:
 Thiết lập mô hình xử lý và phƣơng pháp vận hành mô hình.
 Sử dụng giá thể K3 cho mục đích nghiên cứu.
 Sử dụng giá thể F10-4 cho mục đích nghiên cứu.
 Vận hành mô hình thực nghiệm với tải trọng khác nhau.
 Lấy mẫu, phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm của mô hình nghiên cứu theo các vị trí
nghiên cứu nhất định.
 Đánh giá khả năng ứng dụng của phƣơng pháp MBBR vào hệ thống xử lý nƣớc
thải của nhà máy bia Sabmiller.
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
Thực nghiệm đƣợc tiến hành trên quy mô phòng thí nghiệm (bench-scale
experiments) đặt tại phòng thí nghiệm Nhà máy bia Sabmiller, KCN Mỹ Phƣớc II,
huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dƣơng.

 Sử dụng mô hình thí nghiệm bao gồm:
 Mô hình hiếu khí với giá thể K3.
 Mô hình hiếu khí với giá thể F10-4.
 Đánh giá hiệu quả xử lý COD và chất dinh dƣỡng với HRT với tải trọng:

3


Chƣơng 1. Mở đầu

Chƣơng 2. Tổng quan

 Mô hình hiếu khí: OLR lần lƣợt là 1.5 kg COD/m3.ngày, 3 kg
COD/m3/ngày và 4.5 kg COD/m3.ngày
Nƣớc thử nghiệm: nƣớc thải sản xuất bia đƣợc lấy từ bể cân bằng và sau bể
UASB của Hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy bia Sabmiller.
Nghiên cứu đƣợc tiến hành trong khoảng thời gian từ 01/05/2012 – 15/12/2012.
1.4.

PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CƢ́U

1.4.1. Phƣơng pháp hồ i cƣ́u
Trong quá trình thực hiện đề tài, các thông tin, tài liệu, số liệu về đối tƣợng
nghiên cứu trên tất cả các nguồn nhƣ: sách báo, giáo trình, tạp chí, internet… sẽ đƣợc
thu thập và sƣu tầm. Những tài liệu, số liệu này sẽ đƣợc lựa chọn, phân tích, tổng hợp
làm cơ sở cho việc định hƣớng và thực hiện nghiên cứu.

CHƢƠNG

1.4.2. Phƣơng pháp thí nghiêm

̣ và phân tích
Toàn bộ kỹ thuật lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu môi trƣờng đƣợc tiến hành theo
đúng các quy định của tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn quốc tế (theo Standard
Methods).

TỔNG QUAN

1.4.3. Phƣơng pháp nghiên cƣ́u mô hin
̀ h
Khảo sát hiệu quả xử lý COD và chất dinh dƣỡng trên mô hình MBBR hiếu khí.
1.4.4. Phƣơng pháp xƣ̉ lý số liêụ
Sử dụng các phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm để phân tích và tối ƣu hoá quá
trình thí nghiệm. Đồng thời xử lý số liệu kết quả thí nghiệm bằng phần mềm Excel.
1.4.5. Tính mới của đề tài và ý nghĩa thực tiễn
Hiện nay, nghiên cứu về hệ thống MBBR để xử lý nƣớc thải của các ngành sản
xuất đặc trung nhƣ nƣớc thải sản xuât bia chỉ ở bƣớc đầu và đang hạn chế về số lƣợng.
Chính vì vậy việc lựa chọn hƣớng nghiên cứu của đề tài là hoàn toàn mới và hợp lý.
Kết quả nghiên cứu là cơ sở ban đầu để ứng dụng cho một hệ thống MBBR mới
hoặc cải tạo, nâng cấp hệ thống cũ.

4

2

5


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan

2.1. TỔNG QUAN VỀ NƢỚC THẢI SẢN XUẤT BIA

Nƣớc cấp
để rửa sàn,
thiết bị

Nƣớc mềm

2.1.1. Quá trình sản xuất bia [2]

Malt

Gạo

Chuẩn bị nguyên liệu

Các nhà máy bia trên thế giới ngày nay đều dùng nguyên liệu là thóc malt (đại
mạch nảy mầm)khoảng 70% và các lạoi bọt nhƣ gạo, ngô, mạch (không phải malt)
khoảng 30%, ngoài ra còn dùng hoa hublon, các loại bột trợ lọc nhƣ diatomit,
bentonit…
2.1.1.1. Quy trình chung:

Hơi nƣớc
Enzym

Nấu – đƣờng hóa
Lọc dịch đƣờng

Bã malt

Hoa hublon

Quy trình sản xuất bia bao gồm các công đoạn nhƣ sau:
 Nấu – đƣờng hóa: nấu bột và trộn với malt, cho thủy phân dịch bột thành
đƣờng, lọc bỏ bã các loại bột, bã hoa hublo. Nƣớc thải của công đoạn này
giàu các chất hydrocacbon, xenlulozơ, pentozơ, trong vỏ trấu, các mảnh
hạt và bột, các cục vón… cùng với các xác hoa, một ít tannin, các chất
đắng, chất màu.
 Công đoạn lên men chính và lên men phụ:nƣớc thải nƣớc thải của công
đoạn này rất giàu xác men – chủ yếu là protein, các chất khoáng, vitamin
cùng với bia cặn.
 Giai đoạn thành phẩm: lọc, bão hòa CO2, chiết block, đóng chai, hấp chai.
Nƣớc thải ở đây chứa bột trợ lọc lẫn xác men, lẫn bia chảy tràn ra ngoài…

Nấu hoa

Hơi nƣớc

Bã malt

Tách bã
Làm lạnh

Glycol hay
nƣớc đá

Lên men chính, phụ

Men giống

Nén CO2
Hoạt hóa và
dùng lại men

Bã men

Lọc bia

Chất trợ lọc
Hơi

Sục khí

Sút

Bão hòa CO2
Bia hơi

Chai
Rửa chai

Chiết chai, lon
Lon

Nƣớc thải

Đóng nắp

Hơi nƣớc

Thanh trùng
Kiểm tra, dán nhãn, nhập kho
Sản phẩm

Hình 2.1. Công nghệ sản xuất bia và các dòng thải.

6

7

Nƣớc thải


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan

2.1.2. Thành phần ô nhiễm

sàn nhà… Điều đó dẫn đến tải lƣợng nƣớc thải và hàm lƣợng các chất ô nhiễm của nhà
máy bia rất khác nhau. Ở các nhà máy bia có biện pháp tuần hoàn nƣớc và công nghệ
rửa tiết kiệm nƣớc thì lƣợng nƣớc thấp. Định mức nƣớc cấp: 4 – 8 m3/1000 lít bia, tải
lƣợng nƣớc thải: 2.5 – 6 m3/lít bia

Nƣớc thải của các nhà máy bia khoảng gấp 6 lần so với bia thành phẩm,
bao gồm:
 Nƣớc lẫn bã malt và bột sau khi láy dịch đƣờng. Để bã trên sang lƣới,
nƣớc sẽ tách khỏi bã..
 Nƣớc rửa thiết bị lọc, nồi nấu, thùng nhân giống, lên men và các loại

thiết bị khác.
 Nƣớc rửa chai và téc chứa.
 Nƣớc rửa sàn, phòng lên men, phòng trữ.
 Nƣớc thải từ nồi hơi.
 Nƣớc thải sinh hoạt.
 Nƣớc thải từ hệ thống làm lạnh có chứa hàm lƣợng chlorite cao (tới
50mg/l), cacbonate thấp.
Nói chung nƣớc thải trong các công đoạn sản xuất chứa nhiều các chất hữu cơ
và có các chỉ số sau:
Bảng 2.1. Ngưỡng giá trị chung của nước thải trong công đoạn sản xuất bia
Thành phần

Giá trị
Khoảng 1000 mg/l (nếu không kịp tách
men, chỉ số này sẽ cao hơn rất nhiều)
1.6 – 1

BOD5
COD/BOD

5 – 11
500 Kg/ngày (với xí nghiệp có công suất
16 triệu lít/năm, khoảng 80,000 l/ngày)
6g

pH
Tải trọng BOD5
BOD5 cho 1 lít bia

Các chất hữu cơ (các hợp chất hydrocacbon, protein, acid hữu cơ cùng các chất

tẩy rửa) có nồng độ cao, nồng độ các chất rắn, thô, hoặc kết lắng thấp.
Nƣớc rửa chai cũng là một trong những dòng thải có ô nhiễm lớn trong công
nghệ sản xuất bia. Về nguyên lý, chai có thể đóng bia đƣợc rửa qua các bƣớc: rửa với
nƣớc nóng, rửa bằng dung dịch kềm loãng nóng (1 – 3% NaOH), tiếp đó là rửa sạch
bẩn và nhãn bên ngoài chai và cuối cùng là phun kiềm nóng rửa bên trong và bên
ngoài chai, sau đó là rửa sạch bằng nƣớc nóng và nƣớc lạnh. Do đó, dòng thải của quá
trònh rửa chai có độ pH cao và làm cho dòng thải chung có độ pH kiềm tính.
Trong sản xuất bia, nƣớc thải ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy khác, sự
khác nhau có thể chỉ là áp dụng phƣơng pháp lên men nổi hay men chìm. Nhƣng sự
khác nhau cơ bản là vấn đề sử dụng nƣớc cho quá trình rửa chai, lon, máy móc thiết bị,
8

Với các biện pháp sử dụng nƣớc hiệu quả nhất thì định mức nƣớc thải của nhà
máy bia không thể thấp hơn 2 – 3 m3/1000 lít bia sản phẩm. trung bình lƣợng nƣớc thải
………………………………………………………………………….
Bảng 2.2. Đặc tính nước thải một số nhà máy sản xuất bia.
Thông số

Đơn vi ̣

Nƣớc sông

pH

-

5.7- 11.7

BOD5

mg/l

185 – 2400

COD

mg/l

310 – 3500

TN

mg/l

48 – 348

TP

mg/l

1.4 – 9.09

SS

mg/l

158 - 1530

Tải lƣợng nƣớc thải

m3/1000 lít bia

4–8

Trọng trọng ô nhiễm

KgBOD5/1000 lít bia

3–6

Lƣu lƣợng dòng thải và đặc tính dòng thải trong công nghệ sản xuất bia còn
biến đổi theo chu kỳ và mùa sản xuất.
Do đặc tính nƣớc thải của công nghệ sản xuất bia có chứa hàm lƣợng hữu cơ
cao ở trạng thái hòa tan và trạn thái lơ lửng, trong đó chủ yếu là hydrocacbon, protein
và các acid hữu cơ, là các chất có khả năng phân hủy sinh học. Tỉ lệ BOD5/COD nằm
trong khoảng từ 0.5 – 0.7 nên thích hợp với phƣơng pháp xử lý sinh học. Tuy nhiên,
trong những trƣờng hợp thiếu các chất dinh dƣỡng nhƣ nitrogen, phosphorus cho quá
trình phát triển của vi sinh vật, cần phải bổ sung kịp thời.
Nƣớc thải trƣớc khi đƣa vào xử lý sinh họpc cần phải qua sàng, lọc, để tách các
tạp chất thô nhƣ giấy nhãn, nút bấc và các loại hạt rắn khác. Đối với dòng thải rửa chai
có giá trị pH cao cần đƣợc trung hòa bằng khí CO2 của quá trình lên men hay bằng khí
thải của nồi hơi.

9


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan

2.1.3. Công nghệ xử lý nƣớc thải sản xuất bia
2.1.3.1. Xử lý sơ bộ nước thải
Nƣớc thải rửa chai lọ và téc cần qua một sàn tuyển để loại bỏ mảnh thủy tinh vỡ
và nhãn giấy. nƣớc thải sản xuất hỗn hợp cần cho các bể tách dầu trƣớc khi xử lý sinh
học.
Nƣớc thải sản xuất và nƣớc thải vệ sinh tập trung vào một hệ thống đƣợc xử lý
bằng bể sục một giai đoạn: nƣớc làm lạnh và nƣớc mƣa thải vào nơi tiếp nhận không
cần xử lý.
Quy trình công nghệ xử lý nƣớc thải của các nhà máy bia thƣờng chọn phƣơng
pháp sinh học hiếu khí với kỹ thuật bùn hoạt tính.
Chắn rác
Nƣớc thải

Loại dầu,
lắng

Bể
lắng

Aerotank

Khử
trùng

Bùn hồi lƣu

Nƣớc
lắng
bùn
Làm phân

compost

Bùn dƣ

2.1.4. Tổng quan Hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy bia Sabmiller [3, 5]
Nƣớc thải
đầu ra

Bể nén bùn

Ép bùn

Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia điển hình.
2.1.3.1. Xử lý sinh học
Việc lựa chọn phƣơng pháp xử lý hiếu khí, kỵ khí hay phƣơng pháp kết hợp và
thiết bị sinh học để xử lý nƣớc thải công nghiệp bia phụ thuộc vào đặc tính nƣớc thải.
lƣu lƣợng nƣớc thải, điều kiện kinh tế - kỹ thuật và diện tích sử dụng cho phép.
Trong hệ thống xử lý nƣớc thải công nghiệp bia thƣờng dùng các phƣơng pháp sinh
học sau:
 Phƣơng pháp bùn hoạt tính (Aerotank) với tải lƣợng bùn F/M = 0.05 – 0.1
KgBOD5/Kgbùn/ngày và SV tới 270 ml/g. Do hàm lƣợng hữu cơ dạng
hydrocacbon cao, nếu thiếu chất dinh dƣỡng nhƣ nitrogen, phosphorus thì quá
trình dễ sinh ra vi sinh dạng sợi và bùn khó lắng. Càng hạn chế bã men trong
nƣớc thải, vận hành thiết bị với tải trọng bùn không cao sẽ hạn chế đƣợc quá
trình tạo bùn dạng sợi.

10

 Phƣơng pháp màng sinh học hiếu khí: với các thiết bị dạng tháp, trong có lớp
đệm bằng các hạt nhân tạo (nhựa, gỗ…) loại này thƣờng có tải trọng thể tích từ

1 – 1.6 KgBOD5/m3.ngày và tải lƣợng bùn F/M = 0.4 – 0.64 Kg/m3.ngày.
 Hồ sinh học hiếu khí: có thể gồm một hoặc nhiều hồ nối tiếp hay song song
đƣợc sục khí, vận hành với tải lƣợng thể tích tối đa từ 0.025 – 0.03
KgBOD5/m3.ngày. và sau đó có bể lắng với thời gian lƣu là 1 ngày. Đáy hồ phải
chống thấm và đòi hỏi diện tích lớn (100m2/1000 lít bia sản phẩm.ngày).
 Phƣơng pháp kị khí sử dụng để xử lý nƣớc thải có lƣợng chất hữu cơ ô nhiễm
cao (COD > 2000 mg/l). Do phƣơng pháp yếm khi có ƣu điểm lƣợng bùn sinh
ra ít, tiêu tốn ít năng lƣợng (không cần sục khí) và tạo ra khí methane có giá trị
năng lƣợng nên nhiều nhà máy bia trong và ngoài nƣớc đã sử dụng phƣơng
pháp này để xử lý nƣớc thải.
 Hoặc do yêu cầu của dòng thải ra, nƣớc thải bia cần đƣợc xử lý kỵ khí trƣớc để
làm giảm tải trọng ô nhiễm trƣớc khi đƣa vào xử lý hiếu khí, kết hợp giữa
phƣơng pháp xử lý hiếu khí và kỵ khí.

 Công ty TNHH Sabmiller Việt Nam
 Địa chỉ: Lô A, KCN Mỹ Phƣớc 2, huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dƣơng
2.1.4.1. Các công đoạn sản xuất bia
a. Nguyên vật liệu
Đại mạch và gạo đƣợc vận chuyển bằng container và đƣợc kiểm tra chất lƣợng
trƣớc khi nhập vào các bồn chứa. Hệ thống nhập tự động sẽ chuyển đại mạch và gạo
vào trong các silo bồn chứa. Trong quá trình nhập liệu, những chất bẩn nhƣ đá, rơm
rạ… sẽ bị loại bỏ bằng hệ thống sàn ray trong khi nhập vào silo bồn chứa bao gồm 2
silo chứa đại mạch (300 tấn/silo) và 1 silo chứa gạo (50 tấn).
Các nguyên liệu khác phù hợp với tiêu chuẩn thực phẩm (houlon, hóa chất, bột
lọc…) cũng đƣợc qua khâu kiểm nghiệm trƣớc khi đƣa vào sản xuất.
Nguyên tắc FIFO đƣợc áp dụng cho tất cả các nguyên vật liệu sử dụng trong
quá trình sản xuất.
b. Nấu dịch đƣờng
Đại mạch và gạo ở tỷ lệ nhất định đƣợc nghiền nát và hòa với nƣớc cho vào nồi
nấu. Hỗn hợp này đƣợc gia nhiệt để trích ly đƣờng và chất đạm có trong đại mạch và

gạo. Hỗn hợp sau đó đƣợc đem lọc để tách dịch đƣờng. Bã hèm chuyển vào bồn chứa
để dùng cho thức ăn gia súc. Dịch đƣờng đƣợc làm trong và làm lạnh chuyển vào bồn

11


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan

 Nƣớc làm lạnh, nƣớc ngƣng: đƣợc sử dụng tuần hoàn theo chu trình khép
kín nên lƣợng nƣớc thải này không đáng kê và hầu nhƣ không ô nhiễm.
Do đó, có thể thải trực tiếp đến nguồn tiếp nhận.
 Nƣớc thải vệ sinh các thiết bị nhƣ bồn nấu, bồn lọc, bồn lên men, đƣờng
ống.. chứa bã hèm, tinh bột, bã hoa bia, bã men…
 Nƣớc thải công đoạn rửa chai: trƣớc tiên chai đƣợc rửa bằng dung dịch
kiềm loãng nóng (1 – 3% NaOH) để rửa sạch chat bẩn và nhãn chai, sau
đó đƣợc rửa lại bằng nƣớc sạch và thanh trùng. Do đó, nƣớc thải từ quá
trình rửa chai có pH cao và cũng chứa các chất ô nhiễm hữu cơ (do bia
và các chất khác trong quá trình lƣu thông vỏ chai gây ra).
 Lƣu lƣợng nƣớc thải trong quá trình sản xuất bia khoảng 12,8 lít nƣớc
thải/1 lít bia than phẩm

lên men sẵn sàng cho giai đoạn lên men. Toàn bộ quá trình này hoàn toàn tự động và
đƣợc điều khiển bằng hệ thống máy tính.
c. Lên men
Trong quá trình chuyển dịch đƣờng lạn vào bồn lên men, men và không khí
đƣợc thêm vào và quá trình lên men bắt đầu. men sẽ chuyển hóa đƣờng có trong dịch
đƣờng thành cồn, khí cacbonite và hƣơng thơm đặc trƣng cho bia. Quá trình lên men
đƣợc thực hiện trong khoảng thời gian quy định bao gồm 02 giai đoạn chính: giai đoạn

lên men chính ở nhiệt độ từ 12 – 150C và giai đoạn tồn trữ ở nhiệt độ 0 – (-10C). Men
đƣợc thu hồi ở cuối quá trình lên men và đƣợc sử dụng lại cho những mẻ sau. Khí
cảbonic thoát ra trong quá trình lên men đƣợc thu hồi và dùng cho các quá trình lọc và
chiết bia.
d. Lọc
Bia sau khi lên men đƣợc dẫn qua hệ thống lọc có chứa bột trợ lọc và bột ổn
định lọc để tách men còn sót lại trong quá trình lên men và những cặn khác. Bia trong
đƣợc phối trộn với nƣớc ngậm khí carbonic để đạt đƣợc độ đƣờng, cồn theo nhƣ sản
phẩm mong muốn. Bia tƣơi đƣợc giữ trong các bồn chứa sẵn sàng để chiết vào chai.
e. Đóng gói tự động
Chai thu hồi về từ thị trƣờng đƣợc rửa bằng xút nóng và làm sạch bằng nƣớc
nhiều lần trong máy rửa chai tự động. Chai sau khi rửa đƣợc KCS kiểm tra định kỳ độ
sạch và độ pH của nƣớc đọng lại trong chai. Đồng thời máy kiểm tra tự động sẽ kiểm
tra từng chai đi vào trong máy chiết bia. Tất cả các chai còn nhãn, vật lạ trong chai, xút
dƣ, chai mẻ, chai lạ… sẽ bị loại ra.
Bia tƣơi dẫn từ các bồn chứa đƣợc chết vào chai . Hệ thống đóng nắp tự động sẽ
đóng kín nắp chain gay sau khi bia đƣợc chiết. Tốc độ chiết chai là 30,000 chai/giờ.
Chai bia đƣợc dán nhãn, in mã sản xuất và gắp tự động vào trong két nhựa.
Két nhựa đƣợc chất tự động lên pallet và chuyển qua kho thành phẩm chờ phân
phối.

Bảng 2.3. Thông số nước thải đầu vào hệ thống xử lý nước thải Nhà máy bia
Sabmiller
STT

Thông số

Đơn vị

Đầu vào

QCVN 24:2009/BTNMT
Cột A

-

7.4

6–9

BOD

mg/l

319

30

03

COD

mg/l

488

50

04

SS

mg/l

292

50

05

TN

mg/l

2.46

15

06

TP

mg/l

5.83

4

01

pH

02

07

Coliform

MPN/100ml

3

9x10

3000

2.1.4.3. Công nghệ xử lý nước thải

2.1.4.2. Đặc trưng các nguồn nước thải:
(bao gồm nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất)
Nƣớc thải sinh hoạt: đáp ứng cho số lƣợng 100 nhân viên của công ty với định
mức khoảng 8m3/ngày.

Nƣớc thải từ các công đoạn sản xuất của nhà máy đƣợc thu gom về hệ thống xử
lý. Trƣớc khi vào bể gom, nƣớc thải đƣợc dẫn qua thiết bị lƣợc rác thô để loại bỏ chất
rắn có kích thƣớc lớn hơn 20mm ra khỏi dòng thải.

Nƣớc thải sản xuất:

12

13


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan
Nƣớc thải
thành phần BOD, COD… của nƣớc thải. Bể cẩn bằng đƣợc bố trí hệ thống khuấy chìm
nhằm tạo sự xáo trộn tránh hiện tƣợng lắng cặn và phân hủy kỵ khí trong hệ bể này,
đồng thời tạo môi trƣờng đồng nhất cho dòng thải trƣớc khi qua các bƣớc xử lý tiếp
theo. Tại đây 1 máy bơm trục ngang cong suất 84 m3/h sẽ chuyển nƣớc thải từ bể cân
bằng lên các bể xử lý sinh học yếm khí UASB.

Rác
Thiết bị lƣợc rác thô

Chôn lấp

Trạm bơm

Trƣớc khi vào bể UASB, nƣớc thải đƣợc dẫn qua thiết bị trộn tĩnh để điều chỉnh
pH của nƣớc thải về giá trị thích hợp cho quá trình xử lý kỵ khí. Tại bể UASB, nƣớc
thải đƣợc phân phối điều từ dƣới đáy qua hệ thống phân phối, khi qua đệm bùn kỵ khí
(bùn hạt), chất hữu cơ sẽ bị phân hủy bởi các vi sinh vật kỵ khí thành nƣớc và khí
biogas bay lên. Khí biogas sinh ra đƣợc thu hồi và đốt tại đầu đốt khi tự động, nƣớc xử
lý đi qua bộ phận tách ba pha (khí – lỏng – rắn) theo máng thu chảy sang bể chứa trung
gian, tại đây một phần lƣợng nƣớc thải (57m3/h) đƣợc bơm tuần hoàn trở lại ban đầu
vào bể UASB để đảm bảo vận tốc nƣớc dâng trong bể UASB luôn đƣợc duy trì thích
hợp (0.6 – 1m/h), phần còn lại đƣợc dẫn sang bể xử lý sinh học hiếu khí với bùn hoạt

tính Aerotank.

Rác
Thiết bị lƣợc rác tinh

Chôn lấp

Khuấy trộn
Bể cân bằng

Thiết bị trộn tĩnh
Hóa chất điều
chỉnh pH

Thiết bị đốt khí

Bể UASB

Trong bể Aerotank, quá trình xử lý sinh học hiếu khí diễn ra nhờ vào lƣợng õy
hòa tan trong nƣớc, một lƣợng oxy thích hợp đƣợc cung cấp cho bùn hoạt tính để phân
hủy các chất hữu cơ.

Bể chứa trung gian
Dƣỡng khí
Bể aerotank
Bùn
dư

Nước
dư

Bể lắng

Bể nén bùn

Bể nƣớc sạch sau xử lý

Thiết bị keo tụ

Công đoạn xử lý bùn:
Nước
dư

Bể khử trùng

Máy ép bùn

Thải ra sông Thị
TínhĐạt tiêu chuẩn
TCVN5945-2005-A

Chôn lấp hoặc sử
dụng làm phân bón

Từ bể Aerotank, nƣớc thải chảy vào bể lắng, tại đó diễn ra quá trình tách bùn
hoạt tính và nƣớc thải đã xử lý. Từ bể lắng, nƣớc thải chảy vào bể chứa nƣớc sau xử
lý, tại đây một phần nƣớc đƣợc dẫn sang hồ cá (nếu có) phần còn lại đƣợc dẫn sang bể
tiếp xúc và đƣợc khử trùng bằng dung dịch Chlorine. Nƣớc thải sau khử trùng đƣợc xả
vào hệ thống thoát nƣớc của KCN Mỹ Phƣớc 2.

Bùn hoạt tính dƣới đáy bể lắng đƣợc thu gom vào hố trung tâm bởi thiết bị gạt
bùn. Một phần bùn hoạt tính đƣợc bơm tuần hoàn trở về bể Aerotank để duy trì chức
năng sinh học và giữ nồng độ bùn trong bể này ở mức cố định. Lƣợng bùn dƣ sẽ đƣợc
bơm vào bể nén bùn từ nồng độ 1%DS lên 2.5DS, sau đó đƣợc bơm vào thiết bị keo tụ
bùn, trộn đều với polymer, sau đó toàn bộ hỗn hợp đi vào thiết bị ép bùn băng tải. bánh
bùn sau khi ép đƣợc đổ và thiết bị thu bùn tho và chuyển đi chôn lấp hoặc bón cây.
Nƣớc dƣ từ bể nén bùn và máy ép bùn đƣợc thu gom và chảy về trạm bơm nƣớc
thải để tiếp tục xử lý.

Hình 2.3. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia Sabmiller.
Từ bể tập trung, nƣớc thải đƣợc 2 bơm chìm bơm lên thiết bị lƣợc rác tinh với
công suất cực đại là 168 m3/h để loại bỏ cặn rắn có kích thƣớc lớn hơn 0.5mm. Sau đó
nƣớc sẽ tự chảy qua bể cân bằng. Bể cân bằng có nhiệm vụ điều hòa lƣu lƣợng và các
14

Khí biogas sinh ra từ bể UASB đƣợc thu gom và đốt bằng thiết bị đốt tự động
đặt trên bể UASB, khi hệ thống hoạt động ổn định, lƣợng khí này có thể đƣợc thu hồi
để phục vụ cho việc vận hành lò hơi.
15


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan

Nƣớc sau xử lý đạt tiêu chuẩn QCVN 24:2009/BTNMT loại A.

Quá trình bùn hoạt tính là quá trình sinh trƣởng và phát triển của vi sinh vật,
chúng sống tập trung kết dính lại với nhau thành hạt bùn hoặc những bông bùn với
trung tâm là các chất nền rắn lơ lửng (40%), những bông bùn hay hạt bùn này còn

đƣợc gọi là bùn hoạt tính có kích thƣớc khoảng từ 50 đến 200µm, màu vàng nâu và dễ
lắng. Chất nền trong bùn hoạt tính có thể đến 90% là phần chất rắn của rong rêu, tảo.
Những sinh vật sống trong bùn thƣờng là vi khuẩn đơn bào hoặc đa bào, nấm men,
nấm mốc, xạ khuẩn, các động vật nguyên sinh và hạ đẳng, dòi, giun, đôi khi là các ấu
trùng sâu bọ, vai trò cơ bản trong quá trình làm sạch nƣớc thải của bùn hoạt tính là vi
khuẩn, có thể chia làm 8 nhóm:
1. Pseudomonas
2. Achrobacter
3. Enterobacteriaceae
4. Athrobacter bacillus
5. Alkaligenes- Achromobacter
6. Cytophaga- Flavobacterium
7. Pseudomonas- Vibrio aeromonas
8. Hỗn hợp các vi khuẩn khác; Ecoli, Micrococus.

Hình 2.4. Hệ thống xử lý nước thải nhà máy bia Sabmiller.
2.2.

TỔNG QUAN CÁC BIỆN PHÁP XỬ LÝ SINH HỌC

2.2.1. Phƣơng pháp sinh học
Các quá trình xử lý sinh học chủ yếu có 5 nhóm chính:






Quá trình hiếu khí.
Quá trình thiếu khí.

Quá trình kị khí.
Thiếu khí và kị khí kết hợp.
Quá trình hồ sinh học.
Bản chất của phƣơng pháp sinh học trong quá trình xử lý nƣớc thải sinh hoạt là
sử dụng hiệu quả sống và hoạt động của các vi sinh vật có ích để phân hủy các chất
hữu cơ và các thành phần ô nhiễm trong nƣớc thải.
Ƣu điểm : rẻ tiền, sản phẩm phụ của quá trình có thể tận dụng làm phân bón
(bùn hoạt tính) hoặc tái sinh năng lƣợng (khí methane).
2.2.1.1. Xử lý sinh học sinh trưởng lơ lửng
16

Trong nƣớc thải các tế bào của loài Zooglea có thể sinh ra bao nhầy xung quanh
tế bào có tác dụng gắn kết các vi khuẩn các hạt lơ lửng khó lắng và các chất gây mùi…
và phát triển các hạt bông cặn. Các hạt bông cặn này khi kuấy trộn và thổi khí sẽ dần
dần lớn lên do hấp phụ nhiều hạt rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh vật, nguyên sinh động
vật và các chất độc. Trong bùn hoạt tính luôn có động vật nguyên sinh mà đại diện là
Sarcodina, Mastigophora, Ciliata, Suctoria và vài loại sinh vật phức tạp khác. Quan
hệ giữa động vật nguyên sinh và vi khuẩn là quan hệ “mồi – thú” thuộc cân bằng động
chất hữu cơ – vi khuẩn – động vật nguyên sinh. Khi bùn lắng xuống, hoạt tính bùn
giảm gọi là “bùn già”.Hoạt tính của bùn có thể đƣợc hoạt hóa trở lại bằng cách cung
cấp đầy đủ dinh dƣỡng và cơ chất hữu cơ. Phần lớn các vi sinh vật có đều khả năng
xâm chiếm, bám dính trên bề mặt vật rắn khi có cơ chất, muối khoáng và oxy tạo nên
màng sinh học dạng nhầy có màu thay đổi theo thành phần nƣớc thải từ vàng xám đến
nâu tối. Trên màng sinh học có chứa hàng triệu đến hàng tỷ tế bào vi khuẩn, nấm men,
và một số đông vật nguyên sinh khác. Tuy nhiên, khác với hệ quần thể vi sinh vật
trong bùn hoạt tính thành phần loài và số lƣợng các loài trong màng sinh học là tƣơng
đối đồng nhất. công thức bùn hoạt tính thƣờng dùng trong các tính toán là C5H7O2N.
Một số giống vi khuẩn chính có trong bùn hoạt tính và chức năng của chúng khi
tham gia xử lý nƣớc thải đƣợc trình bày trong bảng 2.4.
17

Chƣơng 2. Tổng quan

STT

Chƣơng 2. Tổng quan

Bảng 2.4. Một số giống vi khuẩn và chức năng của chúng[2]
Chức năng
Vi khuẩn

1

Pseudomonas

Phân hủy hydratcacbon, protein, các chất hữu
cơ… và khử nitrate

2

Arthrobacter

Phân hủy hydratcacbon

3

Bacillus

Phân hủy hydratcacbon, protein…

4

Cytophaga

Phân hủy các polymer

5

Zooglea

Tạo thành chất nhầy (polysaccarit), chất keo tụ

6

Acinetobacter

Tích lũy polyphosphate, khử nitrate

7

Nitrosomonas

Nitrit hóa

8

Nitrobacter

Nitrate hóa

9

Sphaerotilus

Sinh nhiều tiêm mao, phân hủy các chất hữu cơ

10

Alkaligenes

Phân hủy protein, khử nitrate

11

Flavobacterium

Phân hủy protein

12

Nitrococcus denitrificans

Khử nitrate (khử nitrate thành N2)

13

Thiobaccillus denitrificans

14

Acinetobacter

15

Hyphomicrobium

16

Desulfovibrio

Khử nitrate ( khử nitrate thành N2)

sinh học từ màng sinh học đƣợc đƣa vào khối chất lỏng sau khi khuếch tán qua lớp
phim.
Bể phản ứng màng sinh học cho nhiều ƣu điểm hơn các hệ thống sinh trƣởng lơ
lửng truyền thống.Một đặc tính quan trọng của các hệ thống màng sinh học là có khả
năng chịu đựng điều kiện sốc tải. Những vật liệu giá thể với khả năng hấp phụ hoặc
trao đổi ion cho phép nó trở thành chất đệm nếu nồng độ của chất độc hại vƣợt quá khả
năng chịu đựng của các vi sinh vật. Hơn nữa, quá trình sinh trƣởng bám dính có thể xử
lý nƣớc thải có nồng độ ô nhiễm thấp. Thông thƣờng đối với hệ thống bùn hoạt tính,
nếu giá trị BOD của nƣớc thải thấp hơn 50 – 60 mg/l, nó sẽ ảnh hƣởng đến sự hình
thành và phát triển của bùn.Tuy nhiên với các quá trình sinh trƣởng bám dính thì giá trị
BOD5 của nƣớc thải có thể giảm xuống thấp từ 20 – 30 mg/l đến 5 – 10 mg/l. Ngoài ra,
quá trình sinh trƣởng bám dính còn dễ dàng quản lý và có thể cắt giảm chi phí.
Hơn nữa, trong quá trình bùn hoạt tính truyền thống, MLVSS thƣờng có thể duy
trì từ 1,500 – 3,000 mg/l trong bể hiếu khí, và bùn đƣợc giữ ở trạng thái lơ lửng hoàn
toàn. Do đó, nếu tải trọng hoặc hoặc nồng độ chất hữu cơ đƣợc nạp vào quá cao, nó sẽ
là nguyên nhân làm vi sinh vật chết và sinh khối khối bị trôi ra ngoài hoặc làm giảm
hiệu quả lắng, dẫn đến chất lƣợng nƣớc đầu ra giảm. Ngƣợc lại, quá trình sinh trƣởng

bám dính có thể duy trì nồng độ sinh khối cao do các vi sinh vật đƣợc bám trên bề mặt
của vật liệu hỗ trợ. Hàm lƣợng MLVSS tối đa có thể đạt đến nồng độ 22,000 mg/l đến
150,000 mg/l, gấp 7 – 20 lần so với quá trình bùn hoạt tính truyền thống.
Quá trình sinh trƣởng bám dính có thể đƣợc chia thành hai nhóm cơ bản sau:
a. Quá trình sinh trưởng bám dính không ngập nước

Khử sulfate, khử nitrate

2.2.1.2. Xử lý sinh học sinh trưởng dính bám
Quá trình sinh trƣởng bám dính hay còn gọi là màng sinh học cũng nhƣ những
phƣơng pháp xử lý sinh học khác có một lịch sử lâu dài. Màng sinh học bao gồm các
vi sinh vật, hạt vật chất, và các polymer ngoại bào bám dính trên các vật liệu giá thể.
Các vật liệu giá thể này có thể là nhựa, đá, hoặc các vật liệu khác. Đối với quá trình
sinh trƣởng bám dính, cơ chất đƣợc tiêu thụ trong màng sinh học. Độ dày của lớp
màng sinh học tùy thuộc vào điều kiện sinh trƣởng trƣởng của vi sinh vật và các điều
kiện thủy động lực học của hệ thống. Một lớp phim chất lỏng (lớp khuếch tán) chia
tách màng sinh học với khối chất lỏng chảy trên bề mặt của màng sinh học hoặc đƣợc
xáo trộn bên ngoài lớp phim. Cơ chất, oxy và chất dinh dƣỡng khuếch tán qua các lớp
phim chất lỏng này để đến lớp màng sinh học, và các sản phẩm của quá trình phân huỷ

18

Lọc sinh học nhỏ giọt với lớp vật liệu đệm bằng đá sử dụng ít năng lƣợng, quy
trình đơn giản, thông thƣờng đƣợc sử dụng để xử lý thứ cấp từ trƣớc những năm 1900.
Khái niệm về một bộ lọc sinh học nhỏ giọt đƣợc hình thành từ việc sử dụng các bộ lọc
tiếp xúc tại Anh vào cuối những năm 1890. Trong những năm 1950, giá thể bằng nhựa
bắt đầu thay thế cho giá thể bằng đá tại Hoa Kỳ. Việc sử dụng giá thể nhựa cho phép
xử lý tải trọng hữu cơ cao hơn, tăng chiều cao của các bể lọc nên cải thiện đƣợc diện
tích bể, hiệu quả của quá trình, và làm giảm tắc nghẽn.
Trong thập niên 1960, đĩa quay sinh học (RBC) đƣợc ứng dụng thực tế. RBC

gồm hàng loạt những đĩa tròn, phẳng làm bằng polystyre hoặc polyvinylclorua lắp trên
một trục bằng thép có đƣờng kính tới 3,5m. Các đĩa đƣợc đặt ngập một phần trong
nƣớc thải (thƣờng chiếm 30 – 40% đƣờng kính của đĩa) và xoay tròn với vận tốc rất
chậm, khoảng 1 – 3 vòng/phút. Trong quá trình vận hành, các vi sinh vật sẽ sinh
trƣởng gắn kết trên bề mặt giá thể là và hình thành lớp màng sinh học trên bề mặt ƣớt

19


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan

của đĩa. Khi đĩa quay, lần lƣợt làm cho lớp màng vi sinh vật tiếp xúc với chất hữu cơ
trong nƣớc thải và với không khí để hấp thụ oxy.

Nhiều loại cây trồng cho vùng đất ngập nƣớc kiến tạo đƣợc lựa chọn để tham
gia vào quá trình hấp thu các chất ô nhiễm trong nƣớc thải, nhiều nhất là các loại cây
sậy, năn, lác, cỏ Vetiver (cho loại chảy ngầm) hoặc lục bình, hoa súng, bèo các loại

b. Quá trình sinh trưởng bám dính ngập nước
Các quá trình sinh trƣởng bám dính ngập trong nƣớc bắt đầu vào những năm
1970 và đƣợc mở rộng vào những năm 1980, nhƣ một lớp mới của quá trình sinh
trƣởng bám dính hiếu khí. Trong hệ thống nƣớc thải có thể đƣợc đƣa vào từ dƣới lên
hoặc từ trên xuống trong bể phản ứng giá thể cố định và bể phản ứng tầng sôi.Ƣu điểm
đặc biệt của hệ thống là chỉ cần diện tích nhỏ chỉ bằng một phần năm tới một phần ba
diện tích cần cho bể xử lý bùn hoạt tính.
2.2.1.3. Xử lý sinh học bằng wetland
Đất ngập nƣớc (wetland) đƣợc hiểu là phần đất có chứa nƣớc trong đất thƣờng
xuyên dạng bão hoà hoặc cận bão hòa. Trong thiên nhiên, đất ngập nƣớc hiện diện ở

các vùng trũng thấp nhƣ các cánh đồng lũ, đầm lầy, ao hồ, kênh rạch, ruộng nƣớc,
vƣờn cây, rừng ngập nƣớc mặn hoặc nƣớc ngọt, các cửa sông tiếp giáp với biển, …
Tuy nhiên, việc xử lý nƣớc thải qua đất ngập nƣớc tự nhiên thƣờng chậm, phải có
nhiều diện tích và khó kiểm soát quá trình xử lý.

Hình 2.5. Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang.

Xử lý nƣớc thải bằng đất ngập nƣớc kiến tạo đã đƣợc áp dụng khoảng 100 năm
nay ở Mỹ và Châu Âu và gần đây nhất là ở các nƣớc Châu Á và Châu Úc. Việc nghiên
cứu kỹ thuật đất ngập nƣớc kiến tạo khá nhiều trong khoảng hơn 20 năm nay, đặc biệt
là các côngtrình của Kadlec và Knight (1996), US-EPA (1988), Moshiri, (1993),
Kadllec et al.(2000), Solano et al. (2003), Vymazal (2005), … cho thấy hiệu quả xử lý
các chất ônhiễm nhƣ nhu cầu oxy sinh hóa (BOD5), nhu cầu oxy hóa học (COD),
lƣợng oxy hòa tan (DO), tổng lƣợng chất rắn lơ lửng (TSS), đạm tổng số (TKN), tổng
Phophorous (Ptotal), tổng số Coliform, … đầu có giảm đáng kể trong nƣớc thải.
Có 2 kiểu phân loại đất ngập nƣớc kiến tạo cơ bản theo hình thức chảy: loại
chảy tự do trên mặt đất (free surface flow) và loại chảy ngầm trong đất (subsurface
flow). Loại chảytự do thì ít tốn kém và tạo sự điều hòa nhiệt độ khu vực cao hơn loại
chảy ngầm nhƣnghiệu quả xử lý thì kém hơn, tốn diện tích đất nhiều hơn và có thể
phải giải quyết thêm vấn đề muỗi và côn trùng phát triển.Đất ngập nƣớc kiến tạo kiểu
chảy ngầm lại phân ra hai kiểu chảy: chảy ngang (horizontal flow) và chảy thẳng đứng
(vertical flow).
Việc chọn lựa kiểu hình tùy thuộc vào địa hình và năng lƣợng máy bơm.Đôi khi
ngƣời ta phối hợp cả hai hình thức xử lý này.

20

Hình 2.6. Sơ đồ đất ngập nước kiến tạo chảy ngầm theo chiều đứng.
2.2.2. Phƣơng pháp sinh học loại bỏ nitrogen
Nitrogen trong nƣớc thải đô thị hiện diện ờ nhiều dạng khác nhau nhƣ nitrogen

hữu cơ (protein và ure) và N-NH3. Việc loại bỏ nitrogen có thể đạt đƣợc bởi 2 quá

21


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan

trình cơ bản gồm quá trình đồng hóa và quá trình nitrate hóa - khử nitrate hóa. Vi sinh
vật đồng hóa N-NH3 để chuyển thành sinh khối.

Quá trình thông thƣờng nitơ trong nƣớc thải đƣợc loại bỏ nhờ sự chuyển hóa của
vi khuẩn đối với các hợp chất của nitrogen nhƣ N-NH4+, N-NO2-, N-NO3-,… thành
nitrogen tự do nhờ quá trình nitrate hoá và khử nitrate (nitrification/denitrification).

Đối với quá trình nitrat hóa - khử nitrate, nitrogen sẽ đƣợc loại bỏ bởi 2 quá
trình đó. Trong giai đoạn đầu tiên, nitrat hóa là tiến trình sinh học trong đó N-NH3 sẽ
đƣợc chuyển hóa thành nitrite và cuối cùng là nitrate, tất cả diễn ra trong quá trình hiếu
khí. Quá trình nitrat hóa diễn ra do các vi sinh vật tự dƣỡng. Quá trình loại bỏ nitơ
gồm 2 phản ứng, một là oxi hóa N-NH3 thành nitrit bởi vi khuẩn Nitrosomonas và từ
nitrit sang nitrat bởi vi khuẩn Nitrobacter. Trong giai đoạn thứ 2, nitrat chuyển hóa
thành khí N2, quá trình khử nitrat hóa diễn ra trong điều kiện thiếu khí.
Sự chuyển hóa nitrogen trong quá trình sinh học đƣợc mô tả trong hình 2.7.Hầu
hết việc xử lý nƣớc thải sinh hoạt sử dụng quá trình sinh học, đây là phƣơng pháp có
hiệu quả và tiết kiệm trong việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ.

Tổng kết các quá trình chuyển hoá nitơ trong nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh
học đƣợc thê hiện trong bảng 2.5.
Bảng 2.5. Các phản ứng chuyển hóa sinh học của nitơ trong nước

Phản ứng

Quá trình

C5H7O2N + 4H2O  2,5CH4 +

Ammonification

1,5CO2 + HCO3- + NH4+

(kị khí)

C5H7O2N + 5O2 

Ammonification

-

4CO2 + HCO3 + NH4 + H2O

(hiếu khí)

2

NH4+ + OH-  NH3 + H2O

Cân bằng
ammonia/ammonia

Không (quá trình

vật lý)

3

4CO2 + HCO3- + NH4+ + H2O
 C5H7O2N + 5O2

Quang hợp, tự dƣỡng

Vi khuẩn, tảo

STT
1a

1b

Vi sinh vật
Vi khuẩn

Vi khuẩn

+

Nitrisomonas,
e.g.
4

NH4+ + 1,5O2 + 2HCO3- 

Nitritation

NO2- + 2CO2 + 3H2O

N. eutropha
N.europea
Nitrosospira
Nitrobacter, e.g.
N. agilis

Hình 2.7. Sự chuyển hóa nitơ trong quá trình chuyển hóa sinh học [8].
2.2.2.1. Quá trình khử Ammonia bằng phương pháp sinh học
Quá trình xử lý sinh học đƣợc ứng dụng trong việc khử ammonia và nitrate trong
nƣớc thải đƣợc ứng dụng một cách rộng rãi với nhiều quy trình công nghệ xử lý ngày
càng trở nên phổ biến, từ đầu tiên là công nghệ SBR, mƣơng oxy hóa đến những công
nghệ gần đây nhƣ ANAMMOX (Mulder, 1995), CANON (Schmidt, 2003) và
SHARON (Hellinga, 1998).

22

5

NO2 + 0,5O2  NO3
-

-

Nitratation

Nitrospira
Nitrococácus

Nitrosocystics

4+5

NH4+ + 2O2 + 2HCO3- 

Nitrification

-

NO3 + 2CO2 + 3H2O

23

Nitrifying
bacteria


Chƣơng 2. Tổng quan

STT

6

Chƣơng 2. Tổng quan

Phản ứng

Quá trình

C + 2NO3-  2NO2- + CO2

Denitratation

Vi sinh vật

STT

Phản ứng

Quá trình

Denitrifying

+7

10H2O

removal)

4+9

NH3 + 0,85O2  0,11NO3- +
0,44N2 + 0,14H+ + 1,43H2O

heterotrophic
bacteria

Vi sinh vật

Nitrifying
bacteria

CANON

Planctomycetales

Denitrifying
7

3C + 2H2O + CO2 + 4NO2- 

heterotrofic
Denitritation

2N2 + 4HCO3-

10

bacteria
11
Heterotrophs:

6+7

Denitrification

2N2 + 4HCO3- + CO2

Bacillus

Alcaligenes

NH4+ + 0,75O2 + HCO3- 
0,5NH4+ + 0,5NO2- +

Nitrate hoá bán phần
(partial nitritation)

Ammoniaoxidizing bacteria

CO2 + 1,5H2O
9a

NH4+ + NO2-  N2 + 2H2O
+

9b

4+5
+6

Anammox (không tổng
hợp tế bào)

Planctomycetales

-

NH4 + 1,32NO2 +
0,066HCO3-  1,02N2 +

0,26NO3- + 0,066CH2O0, 5N0, 15
+2,03H2O

4HCO3-  2N2 + 7CO2 +
10H2O
4NH4+ + 8O2 + 5C +
4HCO3-  2N2 + 9CO2 +

3NH4+ + 3O2 + 3[H] 
1,5N2 + 3H+ + 6H2O

OLAND

Nitrosomonas

Quá trình NOx

Nitrosomonas
(Luzia Gut, 2006)

2.2.2.2. Quá trình Nitrate hoá
Quá trình nitrate hoá là quá trình oxy hoá hợp chất chứa nitơ, đầu tiên là
ammonia đƣợc chuyển thành nitrite sau đó nitrite đƣợc oxy hóa thành nitrate. Quá
trình nitrate hoá diễn ra theo 2 bƣớc liên quan đến 2 chủng loại vi sinh vật tự dƣỡng
Nitrosomonas và Nitrobacter.
Bƣớc 1: Ammonia đƣợc chuyển thành nitrite bởi loài Nitrosomonas
NH4+ + 1,5 O2 NO2- + 2 H+ + H2O

4NH4+ + 6O2 + 3C +
4+7

0,5N2 + H+ + 1,5H2O

Pseudomonas

5C + 2H2O + 4NO3- 

Paracocácus

8

NH4+ + 0,75O2 

Anammox (có tổng
hợp tế bào)

Planctomycetales

Modified nitrogen

Bacteria

24

Bƣớc 2 : Nitrite đƣợc chuyển thành nitrate bởi loài Nitrobacter
NO2- +0,5 O2 NO3-

(2.2)

Phƣơng trình phản ứng (2.1) và (2.2) tạo ra năng lƣợng. Theo Painter (1970),

năng lƣợng tạo ra từ quá trình oxy hoá ammonia khoảng 66-84 kcal/mole ammonia và
từ oxy hoá nitrite khoảng 17,5 kcal/mole nitrite. Nitrosomonas và Nitrobacter sử dụng
năng lƣợng này cho sự sinh trƣởng của tế bào và duy trì sự sống. Tổng hợp 2 phản ứng
(2.1) và (2.2) đƣợc viết lại nhƣ sau:
NH4+ + 2 O2 NO3- + 2 H+ + H2O

(2.3)
+

removal
Khử nitơ truyền thống
(Traditional nitrogen

(2.1)

Bacteria

Từ phƣơng trình (2.3), lƣợng O2 tiêu thụ l 4,57gO2/gN-NH4 bị oxy hóa, trong
đó 3,43g/g sử dụng cho tạo nitrite và 1,14g/g sử dụng cho tạo nitrate, 2 đƣơng lƣợng
ion H+ tạo ra khi oxy hoá 1 mole ammonia, ion H+ trở lại phản ứng với 2 đƣơng lƣợng
ion bicarbonate trong nƣớc thải. Kết quả là 7,14 g độ kiềm CaCO3 bị tiêu thụ/g NNH4+ bị oxy hoá.
25


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan

2.2.2.3. Quá trình khử nitrate

phần nitrate chuyển thành ammonia cho tổng hợp tế bào đƣợc thay thế bởi ammonia có
sẵn ( 2,9-3g CaCO3/g gNO−
3 bị khử).

Khử nitrate, bƣớc thứ hai theo sau quá trình nitrate hoá, là quá trình khử nitratenitrogen thành khí nitơ, nitrous oxide (N2O) hoặc nitrite oxide (NO) đƣợc thực hiện
trong môi trƣờng thiếu khí (anoxic) và đòi hỏi một chất cho electron là chất hữu cơ
hoặc vô cơ.
Hai con đƣờng khử nitrate có thể xảy ra trong hệ thống sinh học đó là:
 Đồng hóa : Con đƣờng đồng hóa liên quan đến khử nitrate thành ammonia
sử dụng cho tổng hợp tế bào. Nơi xảy ra khi ammonia không có sẵn, độc
lập với sự ức chế của oxy.
 Dị hoá (hay khử nitrate) : Khử nitrate bằng con đƣờng dị hóa liên quan đến
sự khử nitrate thành oxide nitrite, oxide nitrous và nitơ.
NO3- NO2- NO(g)  N2O (g)  N2(g)
Một số loài vi khuẩn khử nitrate đƣợc biết nhƣ: Bacillus, Pseudomonas,
Methanomonas, Paracocácus, Spirillum, v Thiobacillus, Achromobacterium,
Denitrobacillus, Micrococus, Xanthomonas (Painter 1970). Hầu hết vi khuẩn khử
nitrate là dị dƣỡng, nghĩa là chúng lấy carbon cho quá trình tổng hợp tế bào từ các hợp
chất hữu cơ. Bên cạnh đó, vẫn có một số loài tự dƣỡng, chúng nhận carbon cho tổng
hợp tế bào từ các hợp chất vơ cơ. Ví dụ loài Thiobacillus denitrificans oxy hoá nguyên
tố S tạo năng lƣợng và nhận nguồn carbon tổng hợp tế bào từ CO 2 tan trong nƣớc hay
HCO3-.

2.3.

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MBBR

2.3.1. Giới thiệu về công nghệ MBBR
MBBR có thể đƣợc thiết kế cho các cơ sở mới để loại bỏ BOD/COD hoặc loại
bỏ nitrogen từ các dòng nƣớc thải. Hiện tại các nhà máy áp dụng công nghệ bùn hoạt

tính có thể đƣợc nâng cấp để có thể khử nitrogen và phosphorus hoặc BOD/COD ở lƣu
lƣợng lớn. Các vi khuẩn nuôi cấy tiêu hóa các chất hữu cơ hòa tan, từng bƣớc trƣởng
thành trong môi trƣờng đó.
MBBR là một dạng của quá trình xử lý nƣớc thải bằng bùn hoạt tính bởi lớp
màng sinh học (biofilm). Trong quá trình MBBR, lớp màng biofilm phát triển trên giá
thể lơ lửng trong lớp chất lỏng của bể phản ứng. Những giá thể này chuyển động đƣợc
trong chất lỏng là nhờ hệ thống sục khí cung cấp oxy cho nƣớc thải.

Quá trình khử nitrate đòi hỏi phải cung cấp nguồn carbon. Điều này có thể thực
hiện bằng một trong ba cách sau đây.
 Cấp nguồn carbon từ bên ngoài nhƣ methanol, nƣớc thải đô thị hoặc acetate.
 Sử dụng BOD của chính nƣớc thải làm nguồn carbon, thực hiện bằng cách.
 Tuần hoàn lại phần lớn nƣớc sau khi đã nitrate hoá đến vùng thiếu khí ở
vị trí đầu công trình.
 Dẫn một phần nƣớc thải thô đầu vào hay đầu ra sau xử lí sơ bộ vào vùng
chứa nitrate.
 Sử dụng nguồn carbon của chính tế bào do quá trình hô hấp nội sinh.
Độ kiềm sinh ra đƣợc tính từ cân bằng phản ứng sau (Mc.Carty, 1969).
NO3- + 1,08 CH3OH + 0,24 H2CO3 0,065 C5H7O2N+ 0,47 N2 + 1,44H2O + 0,76CO2 + OH−
Do đó, độ kiềm sinh ra 3,57mg CaCO3/mgNO−
3 bị khử khi gNO3 đƣợc sử dụng cho
tổng hợp tế bào. Trong nƣớc thải có sẵn ammonia thì độ kiềm sinh ra ít hơn do một

26

Hình 2.8a. Aerobic
Hình 2.8b. Anoxic reactor
reactor
Hình 2.8. Mô tả quá trình xử lý của bể MBBR.
Công nghệ MBBR là công nghệ kết hợp giữa các điều kiện thuận lợi của quá

trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí và bể lọc sinh học. Bể MBBR hoạt động giống nhƣ
quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí trong toàn bộ thể tích bể. Đây là quá trình xử lý
bằng lớp màng biofilm với sinh khối phát triển trên giá mang mà những giá mang này
lại di chuyển tự do trong bể phản ứng và đƣợc giữ bên trong bể phản ứng đƣợc đặt ở
cửa ra của bể. Bể MBBR không cần quá trình tuần hoàn bùn giống nhƣ các phƣơng
pháp xử lý bằng màng biofilm khác, vì vậy nó tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử

27


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan

lý bằng phƣơng pháp bùn hoạt tính trong bể, bởi vì sinh khối ngày càng đƣợc tạo ra
trong quá trình xử lý. Bể MBBR gồm 2 loại: bể hiếu khí và bể thiếu khí.
Trong bể hiếu khí sự chuyển động của các giá thể đƣợc tạo thành do sự khuyếch
tán của những bọt khí có kích thƣớc trung bình đƣợc từ máy thổi. Trong khí đó ở bể
thiếu khí thì quá trình này đƣợc tạo ra bởi sự xáo trộn của các giá thể trong bể bằng
cánh khuấy. Hầu hết các bể MBBR đƣợc thiết kế ở dạng hiếu khí có lớp lƣới chắn ở
cửa ra, ngày nay ngƣời ta thƣờng thiết kế lớp lƣới chắn có dạng hình trụ đặt thẳng
đứng hay nằm ngang.

K1

K2

K3

2.3.2 Giá thể di động

Bảng 2.6. Thông số các loại giá thể Anox Kaldnes
STT

Loại giá thể

Chất liệu

Kích thƣớc
(DxL)

Diện tích hữu
dụng (m2/m3)

1

K1

Polyetylen

10mm x 7mm

500

2

K2

Polyetylen

15mm x 15mm

350

3

K3

Polyetylen

25mm x 10mm

350

4

Natrix

Polyetylen

60mm x 50mm

310

5

Biofilm Chip M

Polyetylen

45mm x 3mm

900

(Nguồn: Kaldnes Miljϕteknologi, 2001)
Nhân tố quan trọng của quá trình xử lý này là các giá thể động có lớp màng
biofilm dính bám trên bề mặt. Những giá thể này đƣợc thiết kế sao cho diện tích bề
mặt hiệu dụng lớn để lớp màng biofim dính bám trên bề mặt của giá thể và tạo điều
kiện tối ƣu cho hoạt động của vi sinh vật khi những giá thể này lơ lửng trong nƣớc.
Kaldnes Miljϕteknologi AS đã phát triển những giá thể động có hình dạng và
kích thƣớc khác nhau. Tùy thuộc vào đặc tính quá trình tiền xử lý, tiêu chuẩn xả thải
và thể tích thiết kế bể thì mỗi loại giá thể có hiệu quả xử lý khác nhau. Hiện tại trên thị
trƣờng thì có 5 loại giá thể khác nhau: K1, K2,K3, Natrix và Biofin Chip M. Thông số
các loại giá thể đƣợc trình bày ở bảng 2.6.

28

Natrix

Biofim Chip M

Hình 2.9. Các loại giá thể K1, K2, K3, Biofilm Chip M và Natrix-O.
Tất cả các giá thể có tỷ trọng nhẹ hơn so với tỷ trọng của nƣớc, tuy nhiên mỗi
loại giá thể có tỷ trọng khác nhau. Điều kiện quan trọng nhất của quá trình xử lý này là
mật độ giá thể trong bể, để giá thể có thể chuyển động lơ lửng ở trong bể thì mật độ giá
thể tối đa trong bể MBBR nhỏ hơn 67%. Trong mỗi quá trình xử lý bằng màng sinh
học thì sự khuyếch tán của chất dinh dƣỡng (chất ô nhiễm) ở trong và ngoài lớp màng
là nhân tố đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý, vì vậy chiều dày hiệu quả của
lớp màng cũng là một trong những nhân tố quan trọng ảnh hƣởng đến hiệu quả xử lý.
Chiều dày của lớp màng trên giá thể động thông thƣờng phải nhỏ hơn 10m, điều này
có nghĩa là chiều dày của lớp màng rất mỏng để các chất dinh dƣởng khuếch tán vào

bề mặt của lớp màng. Để đạt đƣợc điều này độ xáo trộn của giá thể trong bể là nhân tố
rất quan trọng để có thể di chuyển các chất dinh dƣỡng lên bề mặt của màng và đảm
bảo chiều dày của lớp màng trên giá thể mỏng.
Những nghiên cứu khác nhau đã chứng minh rằng nồng độ sinh khối trên một
đơn vị thể tích của bể là 3 – 4 kg SS/m3, giống nhƣ quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính
lơ lửng. Vì vậy, tải trọng thể tích của bể lớn do sinh khối hình thành trên lớp màng
biofilm cao.

29


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan

Hiện tƣợng bào mòn các giá thể động xảy ra khi các giá thể chuyển động trong bể lớn,
các giá thể va chạm vào nhau, làm cho lớp màng hình thành trong giá thể dễ bong tróc
và giảm hiệu quả của quá trình xử lý.

sẽ đƣợc các vi sinh vật tiêu thụ nhiều hơn so với ở lớp biofilm phía trƣớc. Sự giảm
nồng độ oxy hòa tan qua lớp màng biofilm đã tạo ra các lớp hiếu khí, tùy tiện, thiếu
khí trên màng biofilm.

Biofilm

Khe khoảng trống cho phép
dòng nƣớc thải di chuyển

Protozo
a

Hình 2.10. Sự phát triển của lớp màng biofilm ở bên ngoài ít hơn bên trong.
Hình 2.11. Mặt cắt lớp màng vi sinh trên giá thể K1.

2.3.3. Lớp màng biofilm
Lớp màng biofim là quần thể các vi sinh vật phát triển trên bề mặt giá thể.
Chủng loại vi sinh vật trong màng biofilm tƣơng tự nhƣ đối với hệ thống xử lý bùn
hoạt tính lơ lửng. Hầu hết các vi sinh vật trên màng biofilm thuộc loại dị dƣỡng (chúng
sử dụng cacbon hữu cơ để tạo ra sinh khối mới) với vi sinh vật tùy tiện chiếm ƣu thế.
Các vi sinh vật tùy tiện có thể sử dụng oxy hòa tan trong hỗn hợp nƣớc thải, nếu oxy
hòa tan không có sẵn thì những vi sinh vật này sử dụng Nitrit/Nitrat nhƣ là chất nhận
điện tử. Tại bề mặt của màng biofilm và lớp chất lỏng ứ động để phân lập lớp màng
biofilm với chất lỏng đƣợc xáo trộn trong bể phản ứng. Chất dinh dƣỡng và oxy
khuếch tán qua lớp chất lỏng ứ động từ hỗn hợp chất lỏng xáo trộn trong bể MBBR tới
lớp màng biofilm. Trong khi chất dinh dƣỡng và oxy khuếch tán thông qua lớp ứ đọng
tới lớp màng biofilm, sự phân hủy sinh học sản xuất ra những sản phẩm khuếch tán từ
lớp màng biofilm tới hỗn hợp chất lỏng đƣợc xáo trộn trong bể MBBR. Quá trình
khuếch tán vào và ra lớp màng biofilm vẫn tiếp tục xảy ra. Khi các vi sinh vật phát
triển, sinh khối phát triển và ngày càng dày đặc. Bề dày của sinh khối ảnh hƣởng đến
hiệu quả hòa tàn oxy và chất bề mặt trong bể phản ứng đến các quần thể vi sinh vật.

Những hoạt động vi sinh vật khác nhau xảy ra trong mỗi lớp màng này vì những
vi sinh vật đặc trƣng phát triển trong những môi trƣờng khác nhau trên biofilm. Ví dụ
nhƣ các vi sinh vật trong mỗi lớp màng biofilm sẽ có một mật độ thích hợp nhất đối
với môi trƣờng oxy hoặc cơ chất trong lớp màng này. Ở lớp màng phía trên của màng
biofilm khi nồng độ oxy hóa tan và nồng độ cơ chất cao thì số lƣợng vi sinh vật hiếu
khí sẽ chiếm ƣu thế. Ở lớp biofilm ở sâu hơn khi nồng độ oxy và cơ chất giảm thì
những vi sinh vật tùy tiện chiếm ƣu thế hơn những vi sinh vật khác . Trong những lớp
này, quá trình Nitrat hoát xảy ra khi Nitrat trở thành chất nhận điện tử đối với vi sinh
vật tùy tiện. Vì vậy, những vi sinh vật ở lớp màng biofilm hay dính bám trên bề mặt
giá thể sẽ bị ảnh hƣởng bởi sự khuyếch tán oxy và cơ chất giảm dần qua lớp màng. Khi

những vi sinh vật dính bám trên lớp màng biofilm ban đầu yếu thì hoạt động xáo trộn
những giá thể đó sẽ bị rửa trôi lớp màng biofilm ra khỏi giá thể.

Các vi sinh vật ở lớp ngoài cùng của lớp màng biofilm là lối vào đầu tiên để
oxy hòa tan và chất bề mặt khuếch tán qua màng biofilm. Khi oxy hòa tan và chất bề
mặt khuếch tán qua mỗi lớp nằm phía sau so với lớp ngoài cùng của màng biofilm thì
30

31


Sự gia tăng nồng độ chất nền, mg/l

Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan

Nồng độ chất nền lớp bùn hoạt tính bám dính trên giá thể

bề mặt phía ngoài của giá thể Kaldnes (giá mang đƣợc sử dụng thực nghiệm). Vì điều
này, giá mang MBBR đƣợc cung cấp với các rìa bên ngoài để bảo vệ sự hao hụt của
biofilm và đẩy mạnh sự phát triển của biofilm.Diện tích bề mặt của các rìa bên ngoài
không đƣợc tính vào diện tích thực tế của biofilm. Diện tích trung bình hiệu quả của
giá mang MBBR đƣợc báo cáo là khoảng 70% tổng diện tích bề mặt để màng biofilm
dính bám vào giá thể ở phía bên ngoài ít hơn của giá mang. Có thể nhận thấy điều này
qua hình 2.13.
Theo nghiên cứu của S. Winogradsly (1980), sau khi quan sát dƣới kính hiển vi lớp
màng lọc trong bể lọc sinh học nhỏ giọt, đã tìm thấy rất nhiều vi khuẩn Zoogleal, các
vi khuẩn hình que, vi khuẩn hình sợi, nấm sợi, protozoa và một số động vật bậc cao.

Hình 2.12. Nồng độ của chất nền theo chiều sâu lớp màng.
2.3.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lý bằng công nghệ MBBR
2.4.4.1. Giá thể
Diện tích thực tế của giá thể lớn, do đó nồng độ biofilm cao trong bể xử lý dẫn
đến thể tích bể nhỏ. Theo các báo cáo cho thấy, nồng độ biofilm dao động từ 3000 –
4000 gTSS/m3, tƣơng tự với những giá trị có đƣợc trong quá trình bùn hoạt tính với
tuổi bùn cao. Điều này đƣợc suy ra rằng, vì tải trọng thể tích trong MBBR cao hơn gấp
vài lần trong quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính nên sinh khối sinh ra trong bể MBBR
cao hơn nhiều.

Một trong những nghiên cứu nhằm ƣớc lƣợng các loại khuẩn trong hệ thống lọc
sinh học nhỏ giọt đƣợc tiến hành bởi M. Hotchkiss năm 1923. Kết quả là đã tìm thấy
nhiều loại vi khuẩn khác nhau ở độ sâu khác nhau trong bể lọc. Các nhóm vi khuẩn
bao gồm: vi khuẩn khử nitrate, sulfate tạo thành từ protein, phân hủy anbumin, khử
sulfate, oxy hóa sulfite đƣợc tạo thành từ các protein nhiều nhất ở độ sâu 0,3m và giảm
dần qua lớp lọc; vi khuẩn khử sulfate hiện diện nhiều ở bề mặt và vi khuẩn oxy hóa
sulfua có nhiều nhất ở độ sâu 1,6m; các dạng vi khuẩn nitrit gia tăng theo độ sâu và có
số lƣợng lớn hơn các dạng vi khuẩn nitrate.
Môi trƣờng lớp gai bên ngoài

Mật độ của các giá thể trong bể MBBR nhỏ hơn 70% so với thể tích nƣớc trong
bể, với 67% là giá trị đặc trƣng. Tuy nhiên mật độ của giá thể đƣợc yêu cầu dựa trên
đặc tính của nƣớc thải và mục tiêu xử lý cụ thể. Thƣờng đƣợc sử dụng giá trị thấp hơn
67%.
2.4.4.2. Độ xáo trộn
Yếu tố khác có ảnh hƣởng đến hiệu suất là dòng chảy và điều kiện xáo trộn
trong bể xử lý. Độ xáo trộn thích hợp là điều kiện lý tƣởng đối với hiệu suất của hệ
thống. Lớp màng biofilm hình thành trên giá thể rất mỏng, phân tán và vận chuyển cơ
chất và oxy đến bề mặt biofilm. Vì vậy, lớp màng biofilm dày và mịn không đƣợc
mong đợi đối với hệ thống. Độ xáo trộn thích hợp có tác dụng loại bỏ những sinh khối

dƣ và duy trì độ dày thích hợp cho biofilm. Độ dày của biofilm nhỏ hơn 100 micromet
đối với việc xử lý cơ chất luôn đƣợc ƣu tiên. Độ xáo trộn thích hợp cũng duy trì vận
tốc dòng chảy cần thiết cho hiệu suất quá trình. Độ xáo trộn cao sẽ tách sinh khối ra
khỏi giá mang và chính vì vậy sẽ làm giảm hiệu suất của quá trình xử lý. Thêm vào đó,
sự va chạm và sự ma sát của giá thể trong bể phản ứng làm cho biofilm tách rời khỏi
32

Môi trƣờng lớp biofilm bên trong

Hình 2.13. Lớp biofilm dính bám trên bề mặt giá thể.
2.4.4.3. Tải trọng thể tích
Vì sự không thể xác định chính xác diện tích thực đƣợc bao bọc bởi biofilm trên
bề mặt của giá mang, ngƣời ta đƣa ra hiệu suất quá trình theo thể tích bể phản ứng thay
vì diện tích bề mặt giá thể. Tuy nhiên, việc đánh giá thể tích bể phản ứng có thể là hệ

33


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan

thống đƣợc so sánh với những hệ thống khác mà sử dụng toàn bộ thể tích bể phản ứng
để xử lý.
Nếu chỉ xử lý thứ cấp, hiệu quả tải tƣơng đƣơng 4 – 5 kgBOD7 /m3.ngày đến
12-15 kgBOD7 /m3.ngày ở mức 67% giá mang đƣợc lấp đầy (cung cấp 335 m2 diện
tích bề mặt giá thể trên m3 thể tích bể phản ứng).
2.3.5. Ứng dụng công nghệ MBBR [17]
2.3.5.1. Vị trí của hệ MBBR trong hệ thống

Hình 2.15. Các quy trình công nghệ tách sinh khối trong nước sau khi qua MBBR.
Tùy thuộc vào yếu tố bên ngoài nhƣ loại nƣớc thải, yêu cầu đầu ra mà ta có thể
kết hợp hệ MBBR với các hệ xử lý khác để đạt yêu cầu mong muốn:
 MBBR – settling: hệ MBBR kết hợp với một hệ lắng tiếp sau để tách bùn ra
khỏi nƣớc, bùn này có thể là dạng bùn lơ lửng hoặc lớp bong tróc từ màng trên
giá thể. Đây là quy trình truyền thống sử dụng MBBR.

Hình 2.14. Hệ MBBR khử hữu cơ và nitrogen.

 MBBR – coag./settling (also Actiflo): là hệ MBBR nối tiếp với hệ keo tụ và sau
đó là hoặc lắng để tách bùn dạng lắng đƣợc hoặc tuyển nổi để tách bùn dạng tỉ
trọng thấp. So với quy trình truyền thống trên thì quy trình này đòi hỏi hóa chất
và cả năng lƣợng nếu tuyển nổi nhƣng bù lại có thể áp dụng cho dạng ô nhiễm
cao và đòi hỏi chất lƣợng nƣớc ra ngay sau hệ lắng tốt.
 MBBR – media filtration: đây là quy trình áp dụng cho nƣớc sau MBBR có
hàm lƣợng SS không quá cao và chất lƣợng nƣớc đầu ra đạt tốt hơn hệ keo tụ lắng/tuyển nổi. Để đảm bảo hiệu quả lọc, ở đây có thể sử dụng thêm hóa chất
trợ lọc. Lọc ở đây có thể áp dụng lọc trọng lực, lọc áp lực, lọc nhanh...
 MBBR – microscreening (i.e. Disc filtration): quy trình áp dụng lƣợc tinh để
tách SS ra khỏi nƣớc sau hệ MBBR. Hệ này muốn ổn định vẫn phải cung cấp
hóa chất trợ lọc.

34

35