Xử lý đồng thời chất hữu cơ và nitơ trong nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp sbr ảnh hưởng của chế độ cấp nước thải

XỬ LÝ ĐỒNG THỜI HỮU CƠ VÀ NITƠ TRONG NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI LỢN
BẰNG PHƯƠNG PHÁP SBR: ẢNH HƯỞNG CỦA CHẾ ĐỘ CẤP NƯỚC THẢI
Phan Đỗ Hùng*, Phạm Thị Hải Thịnh, Trần Thị Thu Lan
Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam, 18 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, Hà Nội
*

Tác giả liên hệ: ĐT: 0912 043 387; email:

TÓM TẮT
Hiệu quả xử lý đồng thời hữu cơ và nitơ trong nước thải chăn nuôi lợn của quá trình bùn hoạt tính theo mẻ (Sequencing Batch
Reactor - SBR) hai chu trình thiếu - hiếu khí cấp nước hai lần đã được nghiên cứu. Nước thải chăn nuôi lợn đã qua xử lý sơ bộ bằng
hầm biogas được cấp thành hai lần vào các giai đoạn thiếu khí với ba tỉ lệ cấp nước (tỉ lệ giữa lượng nước thải được cấp lần thứ nhất
và tổng lượng nước thải được xử lý mỗi mẻ) khác nhau 1/2, 2/3 và 3/4. Ảnh hưởng của các tỉ lệ này đến hiệu quả xử lý COD, amoni
và T-N đã được xác định bằng thực nghiệm và được so sánh với kết quả ở trường hợp cấp nước một lần. Hiệu suất xử lý T-N lý
thuyết cũng đã được thành lập và so sánh với hiệu suất thực nghiệm. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng, với quá trình SBR hai chu
trình thiếu – hiếu khí, cấp nước hai lần là một giải pháp để nâng cao hiệu quả xử lý T-N của quá trình. Thực nghiệm cho thấy, khi
tăng tỉ lệ cấp nước, lúc đầu hiệu suất xử lý T-N sẽ tăng, tuy nhiên đến một giới hạn nhất định hiệu suất xử lý T-N sẽ giảm trở lại.
Hiệu suất xử lý T-N ở cả ba tỉ lệ cấp nước nghiên cứu đều khá cao, trong đó ở tỉ lệ 2/3 đạt cao nhất, trong khoảng 85 – 90 %. Hiệu
suất xử lý T-N thực nghiệm ở các tỉ lệ cấp nước thấp 1/2 và 2/3 khá phù hợp với hiệu suất lý thuyết. Hiệu suất xử lý COD ở chế độ
cấp nước hai lần cũng khá cao, 85 – 90% ở tỉ lệ cấp nước 2/3, xấp xỉ với trường hợp cấp nước một lần. Các thông số về tải trọng
COD và tải trọng T-N của quá trình đạt được cũng khá cao, tương ứng là 0,6 ± 0,3 kg-COD/(m3ngày) và 0,16 ± 0,06 kgN/(m3ngày).
Từ khóa: Chế độ cấp nước, Nước thải chăn nuôi lợn, SBR, Xử lý đồng thời hữu cơ và nitơ
MỞ ĐẦU
Với định hướng phát triển chăn nuôi tập trung, chăn nuôi lợn qui mô trang trại công nghiệp đang được phát triển nhanh
ở Việt Nam trong những năm gần đây. Số lượng trang trại trong giai đoạn 2001 - 2008 tăng trên 50 %, năm 2009 - 2010
tăng 13,2 % (Cục chăn nuôi, 2011). Hiện nay cả nước có khoảng 8.500 trang trại chăn nuôi lợn tập trung, cung cấp
khoảng 45 % sản lượng thịt lợn (Cục chăn nuôi, 2011). Quy mô đàn lợn cả nước năm 2012 khoảng 26,5 triệu con (Cục
thống kê, 2012), so với tổng quỹ đất đai và dân số đây là một con số rất lớn. Chăn nuôi lợn tập trung qui mô lớn trong
điều kiện diện tích trang trại hạn hẹp và gần với các khu dân cư đang dẫn đến một lượng lớn chất thải chứa nhiều phân
và nước tiểu được thải ra trong những không gian hạn chế, đang gây ra những tác động môi trường tiêu cực đến khu
vực trang trại và xung quanh. Ở Việt Nam, nước thải chăn nuôi lợn chủ yếu được xử lí sơ bộ bằng bể/hồ biogas và/hoặc

hồ sinh học. Xả thải nước thải chăn nuôi lợn mới chỉ xử lí sơ bộ qua bể/hồ biogas còn chứa nhiều chất hữu cơ và nitơ
trực tiếp vào nguồn tiếp nhận gây ra ô nhiễm môi trường và hiện tượng phú dưỡng cho các thủy vực, vì vậy là không
mong muốn. Các công nghệ hiện tại đang áp dụng trong xử lý nước thải chăn nuôi ở nước ta nhìn chung mới chỉ xử lý
được một phần chất hữu cơ, còn các thành phần dinh dưỡng nitơ và photpho gần như chưa được xử lý.
Quá trình SBR (Sequencing Batch Reactor) là quá trình bùn hoạt tính được thực hiện theo mẻ, trong đó các giai đoạn
phản ứng và lắng được thực hiện trong cùng một thiết bị. Với sự thay đổi chế độ sục khí với các chu trình sục khí –
ngừng sục khí luân phiên có thể thực hiện nhiều chu trình hiếu - thiếu khí nối tiếp luân phiên trong cùng một bể phản
ứng SBR. Nhờ vậy, quá trình này có thể xử lý đồng thời hữu cơ và nitơ. Các nghiên cứu trước đây (Chang Won Kim et
al., 2000; Bortone G. et al., 1992; Song Yan et al., 2004) cho thấy quá trình SBR có hiệu quả xử lý hữu cơ và nitơ khá
cao đối với nước thải chăn nuôi lợn.
Với mục đích nghiên cứu phát triển công nghệ xử lý hiệu quả đồng thời hữu cơ và chất dinh dưỡng trong nước thải
ngành chăn nuôi lợn, trong nghiên cứu trước (Phạm Thị Hải Thịnh và đồng tác giả, 2012), chúng tôi đã nghiên cứu ảnh
hưởng của một số điều kiện vận hành như tỷ lệ COD/T-N (tỉ lệ giữa nhu cầu oxy hóa học và tổng nitơ) và chế độ sục khí
đến hiệu quả xử lý COD và T-N của quá trình SBR đối với nước thải chăn nuôi đã qua xử lý kỵ khí. Với chế độ hai chu
trình thiếu - hiếu khí thích hợp, hiệu quả xử lý COD và T-N đạt khá cao, tương ứng là khoảng 90 % và 80 – 85 %. Tuy
nhiên nồng độ T-N trong nước thải chăn nuôi lợn là rất cao và thay đổi trong trong khoảng khá rộng, vì vậy nghiên cứu
nâng cao hiệu quả xử lý nitơ của quá trình nhằm đáp ứng một cách ổn định các quy chuẩn xả thải là rất cần thiết. Trong
nghiên cứu này, ảnh hưởng của tỉ lệ cấp nước thải đến hiệu quả xử lý của quá trình SBR hai chu trình thiếu - hiếu khí
cấp nước hai lần đã được nghiên cứu và so sánh với chế độ cấp nước một lần. Hiệu suất xử lý T-N lý thuyết của quá
trình cũng đã được thiết lập và so sánh với hiệu suất xử lý thực nghiệm.
HIỆU SUẤT XỬ LÝ T-N LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH SBR HAI CHU TRÌNH THIẾU – HIẾU KHÍ CẤP NƯỚC HAI LẦN
Trong nghiên cứu này quá trình SBR được thực hiện theo hai chu trình thiếu – hiếu khí và nước thải được cấp làm hai
lần vào khoảng thời gian đầu của các giai đoạn thiếu khí như chỉ ra ở Hình 1 và Bảng 2. Cấp nước thải lần hai vào giai
đoạn thiếu khí thứ hai nhằm tận dụng cơ chất hữu cơ có sẵn trong nước thải để thực hiện quá trình khử nitrat/nitrit là
sản phẩm của giai đoạn hiếu khí thứ nhất, từ đó có thể nâng cao hiệu suất xử lý T-N của quá trình.
Quan hệ giữa hiệu suất xử lý T-N lý thuyết của quá trình SBR hai chu trình thiếu – hiếu khí cấp nước hai lần và tỉ lệ cấp
nước được thành lập dựa trên phương trình cân bằng vật chất của quá trình với các giả thiết sau: (a) Đủ cơ chất hữu cơ
cho các quá trình nitrit/nitrat hóa ở các giai đoạn thiếu khí (ngừng sục khí), và quá trình khử nitrat/nitrit trong các giai
đoạn thiếu khí xảy ra hoàn toàn; (b) Toàn bộ lượng nitơ sau xử lý hiếu khí đều tồn tại dưới dạng nitrit và/hoặc nitrat, tức
là toàn bộ lượng nitơ hữu cơ đều được chuyển thành dạng vô cơ và quá trình nitrit/nitrat hóa (chuyển hóa amoni thành

nitrit và/hoặc nitrat) xảy ra hoàn toàn; (c) Lượng nitơ chuyển hóa vào tế bào vi sinh vật là không đáng kể so với lượng
chuyển hóa thành khí nitơ; (d) Có thể bỏ qua lượng nitrit/nitrat bị khử trong giai đoạn lắng và xả; và (e) Nồng độ nitrit và
nitrat đầu vào là không đáng kể.


Từ các giả thiết trên, suy ra rằng lượng nitơ chuyển hóa thành khí nitơ (N2) ở giai đoạn thiếu khí thứ nhất chính là lượng
T-N còn lại trong bể phản ứng sau khi xả nước thải đã xử lý ở mẻ xử lý trước đó, tức là nVC.
N2, nVC

Cấp nước lần 2
(1-a)V, Co

N2, aVCo

Cấp nước
lần 1
aV, Co
nV, C

Giai
đoạn
thiếu
khí 1

Giai
đoạn
thiếu
khí 2

Giai

đoạn
hiếu khí
1

Chu trình thiếu – hiếu khí 1

Tháo

Giai
đoạn
hiếu khí
2

V, C

nV, C

Lắng, xả

Chu trình thiếu – hiếu khí 2

Hình 1. Sơ đồ vận hành và cân bằng vật chất của quá trình SBR hai chu trình thiếu – hiếu khí cấp nước hai lần
a: tỉ lệ cấp nước (tỉ lệ giữa lượng nước thải cấp vào lần một và tổng lượng nước thải xử lý trong một mẻ); V: lượng
nước thải xử lý trong mỗi mẻ; Co và C: nồng độ T-N trong nước thải đầu vào và đầu ra; n: tỉ lệ lưu nước (tỉ lệ giữa
lượng nước còn lại trong bể SBR sau khi xả nước thải đã xử lý và lượng nước thải xử lý trong một mẻ); nV là lượng
nước thải còn lại trong bể SBR sau khi xả nước thải đã xử lý

Theo giả thiết (b), toàn bộ lượng T-N do nước thải cấp lần một mang vào (aVCo) sẽ chuyển hóa thành nitrit và/hoặc
nitrat sau giai đoạn hiếu khí thứ nhất. Và theo giả thiết (a), toàn bộ lượng này sẽ chuyển hóa thành N2 sau giai đoạn
thiếu khí thứ hai.

Phương trình cân bằng vật chất đối với thành phần T-N cho một mẻ xử lý như sau:
Lượng T-N vào  Lượng T-N ra = Lượng nitơ (nitrit/nitrat) chuyển hóa thành N2; hay:
(1)
hay

(2)

Trong phương trình (1), aVCo và (1 - a)VCo là lượng T-N do nước thải mang vào ở các lần cấp; VC là lượng T-N do
nước thải mang ra; nVC và aVCo, như đã giải thích ở trên, là lượng nitơ được chuyển hóa thành khí nitơ trong hai giai
đoạn thiếu khí.
Từ (2) ta nhận được phương trình hiệu suất xử lý T-N () như sau:
(3)
Từ (3) có thể thấy rằng, nếu các giả thiết nêu trên được thỏa mãn thì hiệu suất xử lý T-N càng cao khi a và/hoặc n càng
lớn. Tuy nhiên, trong thực tế khi a lớn hơn một giá trị nào đó thì lượng nước thải cấp lần hai quá nhỏ, do đó không cung
cấp đủ cơ chất hữu cơ cho giai đoạn thiếu khí thứ hai. Vì vậy khi đó hiệu suất xử lý T-N sẽ giảm. Như vậy, để đạt được
hiệu quả xử lý T-N cao nhất, tối ưu hóa tỉ lệ cấp nước là rất cần thiết.
Bằng phương pháp tương tự như trên ta có thể xác định được hiệu suất xử lý T-N lý thuyết trong trường hợp cấp nước
một lần trong giai đoạn thiếu khí thứ nhất như sau:
(4)
Từ (3) và (4) có thể thấy rằng, theo lý thuyết, cấp nước hai lần vào các giai đoạn thiếu khí với tỉ lệ thích hợp sẽ cho hiệu
suất xử lý T-N lớn hơn so với trường hợp cấp nước một lần từ đầu.
NGUYÊN LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP

Bảng 1. Thành phần của nước thải chăn
nuôi lợn trong nghiên cứu

Nước thải
Nước thải sử dụng trong nghiên cứu này là nước thải chăn nuôi lợn đã qua
xử lý kỵ khí bằng hầm biogas có đặc trưng như ở Bảng 1. Nước thải có
nồng độ chất hữu cơ và nitơ cao.

Thông số
pH
CODCr (mg/L)

Khoảng dao động
6,8 – 7,4
850 – 1400

Hệ thiết bị SBR phòng thí nghiệm
+
N-NH4 (mg/L)
190 – 390
Các nghiên cứu được thực hiện trên hệ thiết bị SBR có dung tích hữu ích
T-N (mg/L)
200 – 410
20 L như trong nghiên cứu trước (Phạm Thị Hải Thịnh và đồng tác giả,
2012). Không khí chỉ được sục vào hệ SBR trong các giai đoạn hiếu khí
T-P (mg/L)
25 – 66
với tốc độ 10 L/phút. Bơm cấp nước thải, bơm hút nước sau xử lí là bơm
định lượng có thể điều chỉnh được lưu lượng. Chế độ hoạt động (thời gian
hoạt động, dừng) của các bơm, máy thổi khí và mô tơ khuấy có thể cài đặt, thay đổi được và được điều khiển tự động.
Các thông số pH, ORP (thế oxy hóa khử), DO (nồng độ oxy hòa tan) được hiện thị trên bảng điều khiển và được kết nối
với máy tính.
Trong quá trình thí nghiệm, nồng độ bùn (MLSS) được duy trì trong khoảng 4000 – 5000 mg/l; pH trong khoảng 7,0 –
8,5; DO trong khoảng 4 – 6 mg/l (trong lúc đang sục khí); tỷ lệ COD/T-N > 3, trung bình 3,75; thời gian lưu 2 ngày.
Các chế độ thí nghiệm

Bảng 2. Các chế độ vận hành
Thời gian một mẻ, giờ

1
2
3
4
Chu trình thiếu – hiếu khí 1

Các giai đoạn
Tỉ lệ cấp nước
a = 1/2
a = 2/3
a = 3/4

5

6
7
8
9
Chu trình thiếu – hiếu khí 2

10

A1

O1

A2

O2

A, F
A, F
A, F

O
O
O

A, F
A, F
A, F

O
O
O

11

12

Lắng, xả
S
S
S

D
D

D

A: Thiếu khí (Anoxic, giai đoạn không sục khí); O: Hiếu khí (Oxic, giai đoạn sục khí); S: Lắng (Settling); D: Xả (Decanting), F: Cấp
nước thải (Feeding, trong 30 phút đầu tiên của mỗi giai đoạn thiếu khí); a: Tỷ lệ cấp nước (tỉ lệ giữa lượng nước thải cấp vào lần
một và tổng lượng nước thải xử lý trong một mẻ)

Các nghiên cứu đều được tiến hành với hai chu trình thiếu – hiếu khí như trình bày ở Bảng 2. Thời gian của các giai
đoạn thiếu khí thứ nhất và thứ hai tương ứng là 1 h và 3 h. Các giai đoạn hiếu khí đều được thực hiện trong 3 h. Trong
mỗi mẻ xử lý 12 h, nước thải được cấp hai lần, mỗi lần 30 phút vào thời gian đầu của các giai đoạn thiếu khí. Tổng
lượng nước thải cấp và rút ra trong mỗi mẻ xử lý là 5 lít và lượng nước thải còn lại trong bể SBR sau mỗi mẻ xử lý là 15
lít (nghĩa là n = 3). Tỉ lệ cấp nước a (tỉ lệ giữa lượng nước thải được cấp lần thứ nhất và tổng lượng nước thải cấp cho
mỗi mẻ) được thay đổi với ba chế độ 1/2, 2/3 và 3/4. Thời gian lắng và xả cuối mỗi mẻ xử lý đều là 1 h.
Phương pháp phân tích
COD được xác định bằng phương pháp chuẩn độ đicromat kali theo TCVN 6491:1999, sử dụng thiết bị phản ứng
+
Thermoreactor TR 320 (Merck, Đức). N-NH4 được xác định bằng phương pháp Phenat, theo Standard Methods 1995.
N-NO3 được xác định bằng phương pháp trắc phổ dùng axit sunfosalixylic, theo TCVN 6180:1996. N-NO2- được xác
định bằng phương pháp trắc phổ hấp thụ phân tử theo TCVN 6178:1996. T-P được xác định theo phương pháp so màu
axit ascorbic, theo standard Method 1995. T-N được xác định trên máy phân tích TOC-N (model TNM-1, Shimadzu,
Nhật Bản) bằng phương pháp đốt các hợp chất nitơ thành NO ở 7200C có xúc tác và phát hiện bằng detectơ quang hóa.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Ảnh hưởng của tỷ lệ cấp nước đến hiệu suất xử lý COD
Kết quả ở Hình 2 cho thấy, hiệu suất xử lý COD ở ba tỉ lệ cấp nước
đã nghiên cứu đều khá cao. Tuy nhiên hiệu suất ở tỉ lệ cấp nước a
= 1/2 ít nhiều thấp hơn và ít ổn định hơn ở các tỉ lệ cấp nước a =
2/3 và 3/4 (80 – 90 % so với 85 – 90 %). Khi tỉ lệ a tăng lên, tức là
lượng nước cấp lần hai sẽ giảm đi, do đó tải trọng COD cho chu
trình thiếu - hiếu khí thứ hai sẽ giảm đi, dẫn đến hiệu quả xử lý
COD của chu trình thiếu - hiếu khí thứ hai sẽ triệt để hơn. Điều này
dẫn tới hiệu suất xử lý COD sẽ tăng lên khi tăng tỉ lệ a như kết quả

nhận được ở trên. Trong nghiên cứu trước (Phạm Thị Hải Thịnh và
đồng tác giả, 2012), hiệu suất xử lý COD trong trường hợp cấp
nước một lần (chỉ cấp nước một lần duy nhất vào đầu giai đoạn
thiếu khí thứ nhất) đạt được là 90 – 93 %. Như vây, hiệu suất xử lý
COD trong trường cấp nước hai lần có phần thấp hơn so với
trường hợp cấp nước một lần. Kết quả này cũng là hệ quả của
những lý do đã được nêu trên.

a = 1/2

a = 2/3

a = 3/4

Hình 2. Ảnh hưởng của tỷ lệ cấp nước đến hiệu
suất xử lý COD

Ảnh hưởng của tỷ lệ cấp nước đến hiệu quả xử lý nitơ
Hiệu quả xử lý amoni
Hiệu quả xử lý nitơ amoni (N-NH4+) ở các tỉ lệ cấp nước khác nhau
được thể hiện trên Hình 3. Kết quả cho thấy với N-NH4+ vào dao
động trong khoảng 190 – 390 mg/l, hiệu suất chuyển hóa amoni gần
như hoàn toàn, đều xấp xỉ 100 % cho cả ba trường hợp, nồng độ NNH4+ trong nước đã xử lý hầu hết đạt dưới 5 mg/l. Kết quả này
chứng tỏ thời gian của các giai đoạn hiếu khí đủ để đảm bảo hầu hết
toàn bộ lượng N-NH4+ có trong nước thải đều được nitrit/nitrat hóa.
Hiệu quả khử nitrat/nitrit
Nếu quá trình khử nitrat/nitrit trong các giai đoạn thiếu khí xảy ra
không triệt để, nitơ sẽ tích tụ lại trong hệ dưới dạng nitrit và/hoặc nitrat
(sản phẩm của quá trình chuyển hóa amoni và nitơ hữu cơ trong các
giai đoạn hiếu khí). Tuy nhiên kết quả ở Hình 4 cho thấy, trong khi

nồng độ nitơ amoni và T-N đầu vào tương ứng trong các khoảng 190
– 390 mg/l và 200 – 410 mg/l thì tổng nồng độ nitơ nitrit và nitrat trong
nước thải đầu ra chỉ trong khoảng 15 – 55 mg/l. Kết quả này chứng tỏ
quá trình khử nitrat/nitrit trong các giai đoạn thiếu khí đã xảy ra khá
hoàn toàn. So sánh giữa ba chế độ cấp nước, ta thấy tổng nồng độ
nitơ nitrit và nitrat trong trường hợp a = 1/2 lớn so với hai trường hợp
còn lại. Cần lưu ý rằng, lượng amoni và nitơ hữu cơ do nước thải cấp
lần hai mang vào sẽ được chuyển hóa thành nitrit và/hoặc nitrat trong
giai đoạn hiếu khí thứ hai và sẽ được tích tụ lại trong hệ dưới các

a = 1/2

a = 2/3

a = 3/4

+

+

Hình 3. N-NH4 vào, ra và hiệu suất xử lý N-NH4 ở
các tỉ lệ cấp nước khác nhau

a = 1/2

a = 2/3

-

a = 3/4

-

Hình 4. Nồng độ N-NO2 và N-NO3 đầu ra ở các
tỉ lệ cấp nước khác nhau


dạng này vì không được chuyển hóa tiếp. Do đó khi lượng nước thải cấp lần hai tăng (tức khi a nhỏ) thì khả năng tích tụ
nitrit/nitrat của hệ sẽ tăng. Đó là lý do vì sao tổng nồng độ nitơ nitrit và nitrat trong nước thải sau xử lý ở trường hợp a =
1/2 cao hơn các trường hợp kia.
Hiệu quả xử lý T-N
Mục đích của cấp nước hai lần là tận dụng cơ chất hữu cơ có sẵn
trong nước thải để cung cấp cho quá trình khử nitrat/nitrit trong giai
đoạn thiếu khí thứ hai, nhằm nâng cao hiệu quả của quá trình này.
Vì vậy, cấp nước hai lần có thể nâng cao hiệu quả xử lý T-N của
toàn bộ quá trình.
a = 1/2
Hiệu quả xử lý T-N ở các tỷ lệ cấp nước khác nhau trong điều kiện
a = 2/3
a = 3/4
tải trọng COD 0,6 ± 0,2 kg-COD/(m3ngày), tải trọng T-N tính theo
3
thể tích 0,16 ± 0,05 kg-N/(m ngày) và tính theo bùn 0,03 ± 0,01 kgN/(kg-MLSSngày) được thể hiện trên Hình 5. Kết quả nghiên cứu
cho thấy, hiệu suất xử lý T-N ở cả ba chế độ đều khá cao, trong đó
đạt cao nhất ở chế độ a = 2/3, trong khoảng 85 – 90%. Nếu chỉ tính
riêng tổng nitơ Kjeldahl (TKN), hiệu suất xử lý đạt trong khoảng 95
– 99%. Như đã trình bày ở phần trên, hiệu suất xử lý T-N, theo lý
thuyết, sẽ tăng khi tăng tỉ lệ cấp nước a. Tuy nhiên, trong thực tế
khi a tăng đến một giới hạn nào đó, lượng nước cấp lần hai trở nên
quá nhỏ, không cung cấp đủ cơ chất hữu cơ cho quá trình thiếu khí

Hiệu suất lý thuyết (n = 3)
thứ hai, vì vậy quá trình khử nitrat/nitrit ở giai đoạn này xảy ra kém
triệt để, dẫn đến hiệu quả xử lý T-N giảm. Kết quả thực nghiệm
nhận được cũng có xu hướng này, hiệu suất xử lý T-N tăng khi tăng
a từ 1/2 lên 2/3, nhưng sau đó giảm khi tăng a lên 3/4. Kết quả trên
Hình 5 cũng cho thấy rằng hiệu suất thực nghiệm ở các trường hợp
Hình 5. Hiệu quả xử lý T-N ở các tỉ lệ cấp nước
a = 1/2 và 2/3 khá tương đồng với hiệu suất lý thuyết (82 – 88 % so
khác nhau
với 87,5 % đối với trường hợp a = 1/2; và 85 – 90 % so với 91,7 %
đối với trường hợp a = 2/3). Tuy nhiên, sai khác này tăng lên khi tăng a lên 3/4 (84 – 88 % so với 93,7 %). Kết quả này
một lần nữa cho thấy khi a càng lớn, khác biệt giữa hiệu suất thực tế và lý thuyết càng lớn.

So sánh kết quả của nghiên cứu này với nghiên cứu trước của chúng tôi (Phạm Thị Hải Thịnh và đồng tác giả, 2012),
thấy rằng chế độ cấp nước hai lần cho hiệu quả xử lý T-N cao và ổn định hơn so với chế độ cấp nước một lần trong một
mẻ (Bảng 3).
Một số kết quả nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi lợn bằng quá trình SBR hoặc tương tự cũng được tổng hợp trong
Bảng 3. Trong các nghiên cứu này, nghiên cứu của Zhang và đồng tác giả (2006) cho hiệu quả xử lý cao hơn cả, đối với
cả COD và T-N; tải trọng COD và T-N cũng đạt rất cao. Nước thải trong nghiên cứu này có COD và tỉ lệ COD/T-N rất
cao và các tác giả đã đưa thêm các giai đoạn kỵ khí vào trước và giữa các giai đoạn thiếu khí/hiếu khí, do đó đã nâng
cao được tải trọng xử lý COD. Mặt khác các tác giả đã thực nghiệm ở thời gian lưu tương đối lớn, tỉ lệ COD/T-N (7,5) và
tỉ lệ lưu nước (n = 9) rất cao, vì vậy cũng đã nâng cao được hiệu suất xử lý T-N (trong trường hợp này hiệu suất lý
thuyết là 96,7 %). Nghiên cứu của chúng tôi được thực hiện ở tỉ lệ lưu nước thấp hơn (n = 3, hiệu suất lý thuyết 91,7 %),
có lẽ đây là một trong các yếu tố làm cho hiệu quả xử lý T-N chưa cao bằng nghiên cứu trên. So sánh với kết quả
nghiên cứu của các tác giả còn lại, kết quả trong nghiên cứu này của chúng tôi có phần nhỉnh hơn về hiệu suất cũng
như tải trọng xử lý.
Bảng 3. Tổng hợp một số kết quả nghiên cứu
Điều kiện thí nghiệm
Tác giả
Bortone G. (1992)

Chang Won Kim (2000)

ZhiJian Zhang (2006)

Jiang Cheng (2011)
Mohammad N. (2011)
Nghiên cứu trước (cấp
nước 1 lần) (Phạm Thị
Hải Thịnh, 2012)
Nghiên cứu này (a =2/3)

3

Thời gian Tải trọng (kg/(m ngày))
lưu (ngày)
COD
T-N
10
0,37
0,13
1,0
0,2

Hiệu quả xử lý (%)
COD
(TOC)

N-NH4

~ 93

57 - 87

91 - 95

(88 – 93)
-

+

T-N hoặc
(TKN)

3,3

2,1

0,28

96,3

100

97,5

3

0,23

0,095

57

92

(91)

4,7

0,42

0,36

80,3

-

61

2

0,7 ± 0,2

0,18 ± 0,05

90 - 93

97 - 100

80 - 85

2

0,6 ± 0,2

0,16 ± 0,05

85 - 90

~ 100

85 – 90
(95 – 99)

Ghi chú
SBR cấp nước một lần
SBR cấp nước một lần
SBR cấp nước hai lần, a
= 2/3, n = 9; qui trình vận
hành: Kỵ khí – thiếu
khí/hiếu khí – kỵ khí –
thiếu khí/hiếu khí
Sục khí luân phiên cấp
nước liên tục
SBR cấp nước một lần
SBR cấp nước một lần
SBR cấp nước hai lần, a
= 2/3, n = 3

KẾT LUẬN
Với quá trình SBR hai chu trình thiếu – hiếu khí, cấp nước hai lần là một giải pháp để nâng cao hiệu quả xử lý T-N của

quá trình. Thực nghiệm cho thấy, khi tăng tỉ lệ cấp nước (tỉ lệ giữa lượng nước thải cấp lần thứ nhất và tổng lượng nước


thải xử lý trong một mẻ), lúc đầu hiệu suất xử lý T-N sẽ tăng, tuy nhiên đến một giới hạn nhất định hiệu suất xử lý T-N sẽ
giảm trở lại.
Hiệu suất xử lý T-N ở cả ba tỉ lệ cấp nước nghiên cứu đều khá cao, trong đó ở tỉ lệ 2/3 đạt cao nhất, trong khoảng 85 –
90 %. Hiệu suất xử lý T-N thực nghiệm ở các tỉ lệ cấp nước thấp 1/2 và 2/3 khá phù hợp với hiệu suất lý thuyết.
Hiệu suất xử lý COD ở chế độ cấp nước hai lần cũng khá cao, 85 – 90% ở tỉ lệ cấp nước 2/3, xấp xỉ với trường hợp cấp
nước một lần.
Các thông số liên quan đến tốc độ của quá trình là tải trọng COD và tải trọng T-N đạt được cũng khá cao, tương ứng là
3
3
0,6 ± 0,2 kg-COD/(m ngày) và 0,16 ± 0,05 kg-N/(m ngày).
Lời cảm ơn
Công trình này được hoàn thành với sự hỗ trợ về kinh phí của đề tài cấp nhà nước KC.08.04/11-15.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
Bortone G., Gemelli S., Rambaldi A. and Tilche A. (1992) Nitrification, Denitrification and Biological Phosphate Removal in Sequencing
Batch Reactors Treating Piggery Wastewater. Wat Sci Tech 26(5-6): 977-985.
Chang Won Kim, Myung –Won Choi, Ji-Yeon Ha (2000) Optimazation of operating mode for sequecing batch reactor (SBR) treating
nd
piggery wastewater with high nitrogen, 2 . Int. Sym. on SBR Technology IWA, 10 – 12, July, France,.
Cục chăn nuôi (2011) Báo cáo đánh giá sản xuất chăn nuôi năm 2011 và định hướng tái cơ cấu ngành chăn nuôi giai đoạn 2012 –
2020.
Cục chăn nuôi (2011) Báo cáo bảo vệ môi trường trong hoạt động chăn nuôi giai đoạn 2005 – 2010 và định hướng đến năm 2020.
Cục thống kê (2012) Tình hình kinh tế xã hội.
Jiayang Cheng, Bin Liu (2011) Nitrification/Denitrification in Intermittent Aeration Process for Swine Wastewater Treatment. Journal of
Environment Engineering 127(8): 705-711.
N. Mohammad, J. Keum, Md. J. Alam (2011) Treatment of Swine Wastewater Using Sequencing Batch reactor. Engineering in
Agriculture Environment and Food 4(2): 47 – 53.

Phạm Thị Hải Thịnh, Phan Đỗ Hùng, Trần Thị Thu Lan (2012) Xử lí đồng thời hữu cơ và nitơ trong nước thải chăn nuôi lợn bằng
phương pháp SBR: Ảnh hưởng của chế độ vận hành và tỉ lệ giữa cacbon hữu cơ và nitơ, Tạp chí Khoa học và Công nghệ 50(2B): 153
– 161.
Song Yan, Filali-Meknassi Y., Tyagi R. D. and Surampalli R. Y. (2004) Recent Advances in Wastewater Treatment in Requencing Batch
Reactor. Advances in Water and Wastewater Treatment. American Society of Civil Engrineers 148-177.
ZhiJian Zhang, Jun Zhu, Jennifer King, WenHong Li (2006) A Two-step Fed SBR for Treating Swine manure. Process Biochemistry, 41:
892-900.

SIMULTANEOUS ORGANIC AND NITROGEN REMOVAL FROM PIGGERY WASTEWATER BY SBR PROCESS:
EFFECTS OF FEEDING MODE
*

Phan Đo Hung , Pham Thi Hai Thinh, Tran Thi Thu Lan
Institute of Environmental Technology, VAST, 18 Hoang Quoc Viet road, Cau Giay district, Hà Nội
*

Author for corresspondence: Tel: +84-0912 043 387; email:

SUMMARY
Simultaneous removal of organic and nitrogen matters from piggery wastewater by Sequencing Batch Reactor (SBR) process
integrated with double anoxic – oxic cycles and two-step feeding was investigated. Anaerobically digested piggery wastewater was
fed stepwise into the reactor during the anoxic stages with three different feeding ratios (ratio of wastewater volume of the first
feeding to the total feeding volume in each batch) of 1/2, 2/3 and 3/4. Effects of these ratios on removal of chemical oxygen demand
(COD), ammonium and total nitrogen (T-N) were experimentally determined and compared with those obtained in the case of single
feeding mode. Theoretical T-N removal efficiencies were also described and compared with the experimental ones. The results
indicated that step feeding is a means for enhancing T-N removal. It was also shown that when increasing the feeding ratio, T-N
removal efficiency increased in the first instance, however then decreased when the ratio reaching a given value. Experimental T-N
removal efficiencies at three investigated feeding ratios were rather high, in which the highest was obtained at the ratio of 2/3, in the
range of 85 – 90 %. The experimental T-N removal efficiencies at the low feeding ratios of 1/2 and 2/3 were in the same level with
the theoretical ones. COD removal efficiencies in two-step feeding mode were also rather high, 85 – 90 % at the ratio of 2/3, close to

that obtained in the single feeding mode. High values of COD and T-N loads were also achieved, 0.6 ± 0.3 kg-CODm-3day-1 and
0.16 ± 0.06 kg-Nm-3day-1, respectively.
Keywords: Piggery wastewater, SBR, Simultaneous organic and nitrogen removal, Step feeding