Xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng Công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor)

PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ
BIẾN THỦY SẢN ỨNG DỤNG CÔNG
NGHỆ MBBR (MOVING BED BIOFILM
REACTOR)


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN THỦY SẢN
1.1 Nước thải chế biến thủy sản
1.1.1 Quy trình chế biến thủy sản
Tiếp nhận nguyên liệu

Sơ chế

Nước thải, chất thải
rắn

Rửa

Nước thải

Xử lý phụ gia

Nước thải

Phân cỡ

Cân

Xếp khuôn

Nước thải vệ sinh

Chờ đơng

Khí thải

Cấp đơng

Khí thải

Tách khn/ mạ băng

Nước thải vệ sinh, chất thải
rắn

Đóng gói/ dị kim loại

Chất thải rắn

Bảo quản

Hình 1. 1 Qui trình cơng nghệ chế biến thủy sản và chất thải phát sinh
(Nguồn: Phan Thị Thanh Quế, 2005)


 Thuyết minh quy trình cơng nghệ chế biến thủy sản
1/ Tiếp nhận nguyên liệu
Nguyên liệu trước khi thu mua đã được bộ phận thu mua kiểm soát các chỉ tiêu kháng
sinh, dư lượng các chất độc hại, giấy cam kết về việc kiểm soát chất lượng thủy sản trong
quá trình ni khơng sử dụng kháng sinh cấm. Sau đó được tiến hành kiểm tra cảm quan
trước khi nguyên liệu được tiếp nhận đưa vào sản xuất tại nhà máy.

2/ Sơ chế
Thủy sản sau khi được tiếp nhận, chuyển đến công đoạn sơ chế để loại bỏ các bộ
phận không sử dụng được như: vỏ tôm, mang, đầu cá, máu cá, nang mực, vỏ sò, … làm
cho thủy sản sạch sẽ có giá trị cảm quan cao.
3/ Rửa
Sau khi sơ chế, thủy sản được chuyển sang công đoạn rửa để rửa sạch máu, nhớt và
các tạp chất bám trên bề mặt. Thủy sản được rửa bằng máy rửa tự động. Thời gian ngâm
rửa từ 7 - 10 phút.
4/ Xử lý phụ gia
Bán thành phẩm sau khi rửa xong, để ráo và cho vào máy quay chuyên dùng để
quay phụ gia cho thủy sản bóng đẹp đảm bảo chất lượng của thủy sản trong q trình cấp
đơng và bảo quản.
5/ Phân cỡ
Sau khi rửa, thủy sản được chuyển qua công đoạn phân cỡ, phân màu, nhằm đáp ứng
yêu của hợp đồng. Tùy theo yêu cầu của khách hàng mà phân thành từng loại khác nhau.
6/ Cân
Công đoạn cân để xác định khối lượng cho mỗi khối tùy theo yêu cầu của từng khách
hàng. Sau khi cân xong bán thành phẩm chuyển qua công đoạn xếp khuôn.
7/ Xếp khuôn
Sau khi cân xong bán thành phẩm được xếp lên khuôn để phục vụ công tác chờ đông,
cấp đông. Định dạng khối làm tăng vẻ mỹ quan cho sản phẩm.
8/ Chờ đông
Sau khi xếp khuôn hoặc phân loại xong nếu chưa đủ số lượng để cấp đông hoặc thiết
bị cấp đông không cấp đông kịp thì đưa vào cơng đoạn chờ đơng.


Bán thành phẩm trong kho/ bồn chờ đông phải được xuất nhập theo nguyên tắc vào
trước, ra trước. Luôn duy trì nhiệt độ kho chờ đơng: -1C  4C, nhiệt độ bán thành phẩm
chờ đông ≤ 10C và thời gian chờ đơng ≤ 4 giờ.
9/ Cấp đơng

Sau khi có đủ bán thành phẩm cho công tác cấp đông sẽ tiến hành cấp đơng để bảo
quản nhằm mục đích làm chậm lại sự ươn hỏng và sản phẩm hầu như không bị thay đổi
tính chất ban đầu của nguyên liệu tươi.
10/ Tách khuôn/ mạ băng
Đối với sản phẩm đông khối, sau khi cấp đông được chuyển qua khâu tách khuôn để
lấy sản phẩm ra khỏi khuôn.
Thủy sản sau khi tách khuôn sẽ chuyển sang khâu mạ băng nhằm giúp bảo vệ sản
phẩm tránh sự mất nước và oxy hóa.
11/ Đóng gói/ dò kim loại
Sản phẩm trước khi cung cấp cho khách hàng phải được tiến hành dò kim loại để
phát hiện và loại bỏ mảnh kim loại hiện diện trong sản phẩm, đảm bảo kiểm soát được
kim loại: Fe (Ф ≥ 1,2mm) và inox (Ф ≥ 2,0 mm). Nếu sản phẩm có kim loại thì tiến hành
loại bỏ, sau đó đóng gói theo yêu cầu của khách hàng.
12/ Bảo quản
Sản phẩm sau khi bao gói xong được đưa vào kho bảo quản. nhiệt độ kho bảo quản ≤
- 20 C.



Tiếp nhận nguyên liệu

Tiếp nhận nguyên liệu

Tiếp nhận nguyên liệu

Ngâm muối đá

Rửa

Rửa

Fillet

Bảo quản

Phân cỡ

Tách xương/ làm sạch/
định hình

Tách đầu, nội tạng/ lột
da, dè

Cân/ rửa

Xếp khuôn/ châm nước
Kiểm tra/ phân cỡ

Quay muối
Cấp đông

Rửa

Làm sạch/ phân cỡ
Tách khuôn

Cân

Rửa/ cân

Mạ băng
Xếp khuôn

Xếp khuôn/ châm nước
Đóng gói/ dị kim loại

Chờ đơng/ cấp đơng

Chờ đơng/ cấp đơng
Bảo quản

Tách khn/ dị kim loại

Tách khn/ mạ băng

Đóng gói/ dị kim loại

Đóng thùng/ Bảo quản
Bảo quản

a)
b)
c)
Hình 1. 2 Qui trình cơng nghệ chế biến một số sản phẩm thủy sản: a) Cá thu fillet đông
lạnh dạng IQF*, b) Mực ống tube** đông lạnh dạng khối, c) Tôm vỏ nguyên con đông
lạnh dạng khối


(Nguồn: Lê Thanh Long, 2008)
*IQF: Cấp đông nhanh từng cá thể.

**Mực ống tube: là dạng mực ống nguyên con đã được tách bỏ đầu và các bộ phận khác
như da, dè và nội tạng.
Hầu hết các quy trình chế biến các sản phẩm thủy sản đều giống nhau ở những công
đoạn cơ bản như: tiếp nhận nguyên liệu, cân, rửa, chờ đơng, cấp đơng, đóng gói và bảo
quản, tùy vào cấu tạo và tính chất của thủy sản, yêu cầu thành phẩm và nhu cầu của
khách hàng mà có thêm những công đoạn chế biến khác nhau như: công đọan tách xương
và fillet đối với cá, tách đầu, lột da, dè đối với mực,... Như vậy thành phần và tính chất
của nước thải khác nhau tùy vào cấu tạo và tính chất của từng loại thủy sản, ví dụ: nước
thải chế biến cá da trơn chứa nhiều chất rắn lơ lửng, dầu mỡ và nitơ, trong khí đó, nước
thải chế biến tơm ít dầu mỡ hơn nhưng chứa nhiều phospho,…

Hình 1. 3 Cơ sở chế biến cá basa fillet đông lạnh
(Nguồn: sachdientu.edu.vn)

1.1.2 Thành phần và tính chất nước thải chế biến thủy sản
Nước thải trong nhà máy chế biến thủy sản phần lớn là nước thải trong quá trình sản
xuất bao gồm nước rửa nguyên liệu, bán thành phẩm, nước sử dụng cho vệ sinh và nhà
xưởng, thiết bị, dụng cụ chế biến, nước vệ sinh cho công nhân. Lượng nước thải và
nguồn gây ơ nhiễm chính là do nước thải trong sản xuất.


Bảng 1. 1. Thành phần nước thải chế biến thủy sản
Nồng độ
Chỉ tiêu

Đơn vị

pH

Tôm đông lạnh

Cá da trơn
(tra – basa)

Thủy sản đông lạnh
hỗn hợp

-

6,5 - 9

6,5 - 7

5,5 - 9

SS

mg/L

100 - 300

500 -1.200

50 -194

COD

mg/L

800 - 2.000

800 - 2.500

694 - 2.070

BOD5

mg/L

500 -1.500

500 -1.500

391-1.539

TN

mg/L

50 - 200

100 - 300

30 -100

TP

mg/L

10 -120

50 -100

3 -50

Dầu và
mỡ

mg/L

-

250 - 830

2.4 -100

(Tổng cục Môi trường, 2009)
Nước thải phát sinh từ chế biến thuỷ sản có nồng độ COD, BOD5 , chất rắn lơ lửng
cao do tiếp nhận nguồn carbohydrate, protein và lipid từ các bộ phận của tôm, cá, sò…
phế thải. Tổng nitơ và phospho cao phát sinh từ máu cá và các chất hữu cơ có thành phần
là nitơ và phospho (protein, lipid, phospholipid, nucleic acid). Ngoài ra, trong thành phần
cấu tạo của các loài thủy sản còn chứa các hợp chất nitơ phi protein là thành phần hịa tan
trong nước, có khối lượng phân tử thấp và chiếm khoảng 9 - 18% tổng hàm lượng protein
ở cá xương, khoảng 33 - 38% ở các loài cá sụn. Thành phần chính của hợp chất này bao
gồm các chất bay hơi (ammoniac, amine, trimethylamine, dimethylamine),
trimethylamine oxid , dimethylamine oxid, creatine, các acid amine tự do, nucleotide, ure
(có nhiều trong cá sụn) ..... vì vậy nước thải chứa hàm lượng nitơ cao (Phan Thị Thanh
Quế, 2005). Nước thải có khả năng phân hủy sinh học cao thể hiện qua tỉ lệ BOD/COD,
tỷ lệ này thường dao động từ 0,6 đến 0,9. Đặc biệt đối với nước thải phát sinh từ chế biến
cá da trơn có nồng độ dầu và mỡ rất cao từ 250 đến 830 mg/L. Nồng độ phospho trong

nước thải chế biến tơm rất cao có thể lên đến trên 120 mg/L (Tổng cục môi trường,
2009). Bênh cạnh đó, nước thải chế biến thủy sản cịn phát sinh mùi hơi do q trình
phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa nitơ và lưu huỳnh.


1.1.3 Ảnh hưởng của nước thải chế biến thủy sản tới mơi trường
Nếu dịng ra mơ tả ở trên được thải khơng qua xử lý vào nguồn nước có thể gây ra
hiện tượng phú dưỡng và thiếu oxy. Ngoài ra, ngành công nghiệp chế biến thủy sản đã
được biết là gây ơ nhiễm bãi biển và bờ gần đó thơng qua việc xả thải nước thải có chứa
dầu.
 Các chất hữu cơ
Các chất hữu cơ chứa trong nước thải chế biến thuỷ sản chủ yếu là dễ bị phân hủy.
Trong nước thải chứa các chất như carbonhydrate, protein, chất béo… khi xả vào nguồn
nước sẽ làm suy giảm nồng độ oxy hòa tan trong nước do VSV sử dụng oxy hòa tan để
phân hủy các chất hữu cơ. Nồng độ oxy hịa tan dưới 50% bão hịa có khả năng gây ảnh
hưởng tới sự phát triển của tôm, cá. Oxy hịa tan giảm khơng chỉ gây suy thối tài ngun
thủy sản mà còn làm giảm khả năng tự làm sạch của nguồn nước, dẫn đến giảm chất
lượng nước cấp cho sinh hoạt và công nghiệp.
 Chất rắn lơ lửng
Các chất rắn lơ lửng làm cho nước đục hoặc có màu, nó hạn chế độ sâu tầng nước
được ánh sáng chiếu xuống, gây ảnh hưởng tới quá trình quang hợp của tảo, rong rêu...
Chất rắn lơ lửng cũng là tác nhân gây ảnh hưởng tiêu cực đến tài nguyên thủy sinh đồng
thời gây tác hại về mặt cảm quan (tăng độ đục nguồn nước) và gây bồi lắng lịng sơng,
cản trở sự lưu thông nước và tàu bè…
 Chất dinh dưỡng (N, P)
Nồng độ các chất nitơ, phospho cao gây ra hiện tượng phát triển bùng nổ các loài tảo,
đến mức độ giới hạn tảo sẽ bị chết và phân hủy gây nên hiện tượng thiếu oxy. Nếu nồng
độ oxy giảm tới 0 gây ra hiện tượng thủy vực chết ảnh hưởng tới chất lượng nước của
thủy vực. Ngoài ra, các loài tảo nổi trên mặt nước tạo thành lớp màng khiến cho bên dưới
khơng có ánh sáng. Q trình quang hợp của các thực vật tầng dưới bị ngưng trệ. Tất cả

các hiện tượng trên gây tác động xấu tới chất lượng nước, ảnh hưởng tới hệ thuỷ sinh,
nghề nuôi trồng thuỷ sản, du lịch và cấp nước.
Ammonium rất độc cho tôm, cá dù ở nồng độ rất nhỏ. Nồng độ làm chết tôm, cá, từ
1,2 - 3 mg/L. Tiêu chuẩn chất lượng nước nuôi trồng thủy sản của nhiều quốc gia yêu cầu
nồng độ ammonium không vượt quá 1 mg/L.
 Vi sinh vật
Các VSV đặc biệt vi khuẩn gây bệnh và trứng giun sán trong nguồn nước là nguồn ô
nhiễm đặc biệt. Con người trực tiếp sử dụng nguồn nước nhiễm bẩn hay qua các nhân tố
lây bệnh sẽ truyền dẫn các bệnh dịch cho người như bệnh lỵ, thương hàn, bại liệt, nhiễm
khuẩn đường tiết niệu, tiêu chảy cấp tính.


1.2 Các phương pháp xử lý nước thải chế biến thủy sản
1.2.1 Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải chế biến thủy sản
 Trên thế giới
Lượng nước tiêu thụ trong ngành công nghiệp chế biến thủy sản và lượng nước thải
từ có nồng độ ơ nhiễm cao từ ngành cơng nghiệp này là mối quan tâm lớn trên tồn thế
giới. Quy định đối với nước thải đang trở nên nghiêm ngặt hơn từng ngày. Năm 2009, P.
Chowdhury, T. Viraraghavan và A. Srinivasan thực hiện đề tài “Quá trình xử lý sinh học
đối với nước thải chế biến thủy sản”. Kết quả cho thấy, xử lý sinh học là lựa chọn tốt nhất
đối với nước thải chế biến thủy sản. Q trình yếm khí như Upflow Anaerobic Sludge
Blanket (UASB), bộ lọc kỵ khí ( Anaerobic Fillter - AF) và lị phản ứng kỵ khí tầng sơi
(Anaerobic Fluidized Bed - AFB) có thể đạt được hiệu quả loải bỏ các chất hữu cơ cao
(80 - 90%) và sản xuất khí biogas. Q trình hiếu khí như bùn hoạt tính, thiết bị lọc tiếp
xúc quay (RBC), lọc sinh học nhỏ giọt cũng thích hợp cho việc loại bỏ các chất hữu cơ.
Phân hủy yếm khí tiếp theo sau là một q trình hiếu khí là một lựa chọn tối ưu cho xử lý
nước thải chế biến thủy sản.
Đề tài “Xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng công nghệ UASB” của G. Zeeman
năm 2002 được tiến hành với nước thải từ nhà máy sản xuất cá mòi và cá ngừ dạng đồ
hộp. Tải trọng hữu cơ (OLR) và thời gian lưu nước (HRT) tương ứng là là 5 - 8

gCOD/L.ngày và 11 - 12h. Đối với nước thải có chứa 3 - 4 g/L lipid tương ứng với 5 –
9% tổng lượng COD, hiệu suất loại bỏ COD và chuyển hóa khí methane là 78% và 61%.
Đối với nước thải có hàm lượng lipid cao hơn (khoảng 47% tổng lượng COD), hiệu suất
loại bỏ COD và chuyển hóa khí methane là 92% và 47%. Một phần đáng kể trong tổng
số COD đã được loại bỏ thông qua sự hấp phụ trên bề mặt bể phản ứng và các hạt bùn.
Sự bám dính của chất béo trên các hạt bùn gây ảnh hưởng đến sự ổn định hoạt động của
bể UASB. Do đó, hiệu suất của một lị phản ứng UASB trong việc loại bỏ chất rắn lơ
lửng (SS) từ nước thải có hàm lượng lipid cao cũng đã được xác định trong nghiên cứu
này.
Năm 2008, P.C. Sridanga và cộng sự thực hiện đề tài “Khảo sát hiệu suất và vi khuẩn
trong bể phản ứng sinh học màng đặt ngập để xứ lý nước thải chế biến thủy sản” với
mục tiêu đánh giá hiệu quả hoạt động và cấu trúc của cộng đồng vi khuẩn trong bể phản
ứng sinh học màng đặt ngập (MBR) cho xử lý và tái sử dụng nước thải chế biến thủy
sản. Hệ thống này được vận hành liên tục trong điều kiện sinh học thích hợp, với duy trì
sinh khối hồn tồn. Về hiệu suất loại bỏ hữu cơ và màng, MBR có hiệu quả tốt để xử lý
ở tải trọng hữu cơ cao và những biến đổi đặc trưng của nước thải chế biến thủy sản. Kết
quả tổng thể cho thấy tầm quan trọng của thành phần VSV trong từng giai đoạn phát triển
của bể MBR, điều này khác với bùn hoạt tính truyền thống. Bùn MBR có thể chịu đựng


được các ảnh hưởng như độ mặn và sự thay đổi nồng độ COD và SS đầu vào trong một
phạm vi rộng, có hiệu quả cao về loại bỏ BOD và COD. Ở giai đoạn đầu, khi bơng bùn
đã hình thành, sau 700 giờ hoạt động, đặc điểm bùn cho thấy bùn kết thành từng cụm
khỏe mạnh và lắng tốt, đồng thời, khẳng định trạng thái ổn định của hệ thống với điều
kiện vi khuẩn dạng sợi không phát triển quá mức. Trong việc đánh giá khả năng tắc
nghẽn màng, người ta thấy rằng các chất hòa tan, các sản phẩm vi khuẩn và chất hữu cơ
hòa tan còn lại đóng một vai trị quan trọng trong gây tắc nghẽn màng.
 Ở Việt Nam
Đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải thủy sản bằng mơ hình kỵ khí (UASB) và mơ hình
hiếu khí (SBR)” của Dương Gia Đức năm 2010 được tiến hành với nước thải công nghệ

sản xuất surimi lấy tại hố ga thốt nước của cơng ty Danifood. Đối với mơ hình UASB,
bùn kỵ khí được lấy tại hồ kỵ khí của bãi rác Khánh Sơn, Đà Nẵng. Đối với mơ hình
SBR, bùn hoạt tính: Lấy tại bể Aerotank của hệ thống xử lý nước thải công ty Danifood
rửa bùn bằng nước máy (đã bay hết clo), lọc qua rây để loại bỏ các cặn có kích thước lớn,
để lắng 30 phút, cấp vào mơ hình với tỉ lệ 20% và 30%.
Kết quả nghiên cứu: Đối với bể UASB Nồng độ COD đầu vào 1800 – 4000 mg/L,
phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu cá sản xuất surimi, nồng độ COD đầu ra tương đối
ổn định dao động 500 – 1000 mg/L, hiệu suất xử lý đạt 55 – 86%, tải trọng xử lý 0,4 –
0,9 kg/m3.ngày. Thành phần khí CH4 (58 – 69,4%), O2 (0,3 - 1%), CO2 (19,6 - 28%), khí
khác (2,9 – 18,3%). Đối với bể SBR, để đầu ra COD < 50 mg/L thì mơ hình bùn 20% cần
thời gian lưu là 8 - 9h và mơ hình bùn 30% cần thời gian lưu là 5 - 6h. Hiệu suất sử lý
85 - 95%, bùn hoạt tính lắng tốt, chất lượng nước đầu ra trong đạt tiêu chuẩn môi trường.
Đối với nước thải Surimi của nghành chế biến thủy sản cần phải có mơ hình kỵ khí
UASB trong xử lý, chất lượng nước qua mơ hình kỵ khí,hiếu khí ổn định, lượng khí sinh
ra trong UASB tốt có thể thu hồi sử dụng.
Xử lý nước thải là mối quan tâm nhất của nhiều nhà máy thủy sản trong công nghiệp
chế biến sản phẩm. VSV được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải. Chúng ta biết rằng
VSV là một trong những phương pháp hữu ích nhất để loại bỏ các chất ơ nhiễm trong
nước thải đặc biệt là chất hữu cơ. Đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải nhà máy chế biến
thủy sản bằng vi sinh vật” của Võ Văn Nhân và Trương Quang Bình năm 2011 được thực
hiện nhằm kiểm tra ảnh hưởng của một số tổ hợp của VSV trong nước thải của nhà máy
chế biến thủy sản trong điều kiện hiếu khí và kỵ khí. Nước thải được lấy từ công ty Cổ
phần kinh doanh thủy hải sản Sài Gịn (APT). Lơ 4-6-8, Đường 1A, Khu cơng nghiệp
Tân Tạo, Quận Bình Tân, Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam. Kết quả đã cho thấy điều
kiện sục khí làm tăng tốc độ xử lý nước thải bằng VSV. Sự kết hợp của vi khuẩn Bacillus
subtilis, Nitrosomonas sp. (1011 cfu/l), Nitrobacter sp. (1011 cfu/l), Saccharomyces (1012


cfu/l), vi khuẩn hòa tan kali (1012 cfu/l) (KSB) với nồng độ VSV là 1 L/m3 đã cho thấy
tốc độ nhanh nhất của xử lý nước thải. Nước sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn cột B theo

TCVN 5945:2005.
1.2.2 Một số phương pháp xử lý nước thải chế biển thủy sản
Với đặc tính nước thải có nồng độ COD, BOD5, chất rắn lơ lửng cao, nước thải dễ
phân hủy sinh học,… nên nước thải chế biến thủy sản phù hợp với hầu hết các công nghệ
xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học nhưng bên cạnh đó hàm lượng phospho và
nitơ có trong nước thải cao nên các quá trình bùn hoạt tính thơng thường (Aerotank,
SBR,… ) khơng thể nào loại bỏ triệt để được lượng phospho và nitơ này. Một số phương
pháp có thể áp dụng để xử lý nước thải chế biến thủy sản sẽ được trình bày sau đây.
 Thiết bị chắn rác
Đối với nước thải chế biến thủy sản có chứa nhiều cặn lơ lửng thô như vây, vảy, da
cá, những mảnh thủy sản vụn và một số chất thải rắn trong quá trình chế biến,… trước
khi tiến hành xử lý cần phải qua hệ thống song và lưới chắn rác nhằm đảm bảo cho máy
bơm, các cơng trình và thiết bị xử lý nước thải hoạt động ổn định.
 Tuyển nổi, vớt dầu mỡ
Với đặc tính dịng thải chứa nhiều dầu mỡ, đặc biệt nước thải từ chế biến cá da trơn,
hàm lượng dầu mỡ này trở thành chất độc đối với sự sinh trưởng và phát triển của VSV
nên trước khi đưa vào bể hiếu khí, nước thải chế biến thủy sản cần phải qua giai đoạn vớt
dầu mỡ bằng bể tuyển nổi.
Phương pháp tuyển nổi thường được sử dụng để tách các tạp chất (ở dạng hạt rắn
hoặc lỏng) phân tán không tan, tự lắng kém ra khỏi pha lỏng. Trong một số trường hợp
quá trình này cũng được dùng để tách các chất hòa tan như các chất hoạt động bề mặt.
 Cơng nghệ màng sinh học hiếu khí dính bám
Nước thải chế biến thủy sản có nồng độ COD, BOD cao, dễ phân hủy sinh học đồng
thời chứa nhiều nitơ và phospho nên cơng nghệ màng sinh học hiếu khí dính bám thích
hợp để xử lý nước thải chế biến thủy sản. Một số cơng trình ứng dụng cơng nghệ màng
sinh học hiếu khí dính bám như: Bể lọc sinh học nhỏ giọt, bể lọc sinh học cao tải, bể lọc
sinh học với lớp vật liệu ngập nước.
Bể lọc sinh học nhỏ giọt: Bể lọc sinh học nhỏ giọt dùng để xử lý nước thải triệt để,
thường có hình trụ hoặc hình chữ nhật. Đặc điểm riêng của bể là kích thước hạt vật liệu
lọc nhỏ hơn 25 - 30 mm, tải trọng thủy lực 0,5 - 1 m3/m3 vật liệu lọc.ngày. Hiệu suất xử

lý rất cao, có thể lên đến 90% (theo BOD).
Bể lọc sinh học cao tải: Đối với các cơ sở chế biến thủy sản có lưu lượng nước thải
lớn có thể áp dụng bể lọc sinh học cao tải để xử lý. Bể lọc sinh học cao tải có chiều cao


công tác và tải trọng thủy lực cao hơn so với bể lọc sinh học nhỏ giọt, có thể lên đến 10 30 m3/m3 vật liệu lọc.ngày. Bể này có tốc độ lọc và sự trao đổi khơng khí lớn nên q
trình oxy hóa chất hữu cơ diễn ra rất nhanh.
Bể lọc sinh học với lớp vật liệu lọc ngập trong nước: Nước sau khi qua bể lắng 1
được bơm lên máng phân phối, theo ống dẫn phân bố đều trên diện tích đáy bể. Nước
được trộn đều với khơng khí cấp từ ngồi vào qua dàn phân phối. Hỗn hợp khí – nước
thải đi cùng chiều từ dưới lên, qua lớp vật liệu lọc. Tại đây xảy ra quá trình khử BOD và
chuyển hóa NH4+ thành NO3-. Lớp vật liệu lọc cũng có khả năng khử cặn lơ lửng trong
nước thải.
 Hồ sinh học, cánh đồng tưới và bãi lọc
Đối với một số công nghệ xử lý nước thải khơng có khả năng loại bỏ phospho và
nitơ thì hồ sinh học, cánh đồng tưới và bãi lọc có thể được áp dụng để cải thiện chất
lượng nước thải trước khi xả thải ra môi trường.
Hồ sinh học: là các ao hồ có nguồn gốc tự nhiên hoặc nhân tạo, cịn gọi là hồ oxy
hóa, hồ ổn định nước thải,… Trong hồ sinh vật diễn ra q trình oxy hóa sinh hóa các
chất hữu cơ nhờ các lồi vi khuẩn, tảo và các loại thủy sinh vật khác. VSV sử dụng oxy
sinh ra từ rêu tảo trong quá trình quang hợp cũng như oxy hóa từ khơng khí để oxy hóa
các chất hữu cơ, rong tảo lại tiêu thụ CO2, phosphate và ammonium nitrate sinh ra từ sự
phân hủy, oxy hóa các chất hữu cơ bởi VSV…
Cánh đồng tưới và bãi lọc: Việc xử lý nước thải bằng cánh đồng tưới, cánh đồng lọc
dựa trên khả năng giữ các cặn nước ở trên mặt đất, nước thấm qua đất như đi qua lọc, nhờ
có oxy trong các lỗ hỏng và mao quản của lớp đất mặt, các VSV hiếu khí hoạt động phân
hủy các chất hữu cơ nhiễm bẩn. Càng sâu xuống, lượng oxy càng ít và q trình oxy hóa
các chất hữu cơ càng giảm xuống dần. Cuối cùng đến độ sâu ở đó chỉ xảy ra q trình
khử nitrate (Lâm Vĩnh Sơn, 2012).
1.2.3 Quy trình xử lý nước thải chế biến thủy sản hiện nay

Trên thế giới hiện nay, với trình độ khoa học tiên tiến và chi phí đầu tư cao cho việc
xử lý nước thải, nhiều công nghệ mới ra đời và được áp dụng rộng rãi nhằm giải giải
quyết các vấn đề còn hạn chế cịn tồn tại đối với các cơng nghệ xử lý truyền thống. Quy
trình cơng nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản tiêu biểu như sau:


Hình 1. 4 Quy trình xử lý nước thải chế biến thủy sản tiêu biểu
(Nguồn: Visvanathan, C., 2006. Seafood processing. ED78.20 Industrial Waste
Abatement and Management)
Quy trình xử lý nước thải chế biến thủy sản trên áp dụng công nghệ xử lý sinh học
AAO, AAO là viết tắt của các cụm từ Anaerobic (kỵ khí) – Anoxic (thiếu khí) – Oxic
(hiếu khí). Cơng nghệ AAO là quy trình xử lý sinh học liên tục ứng dụng nhiều hệ vi sinh
vật khác nhau: hệ vi sinh vật kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí để xử lý nước thải. Cơng nghệ
AAO gồm 3 q trình: hiếu khí, thiếu khí và hiếu khí.
Q trình kỵ khí: là q trình mà các vật liệu hữu cơ trong một mạch kín bị phá vỡ
bởi các vi sinh vật, trong điều kiện vắng mặt của oxy (J. DeBruyn and D. Hilborn, 2007).


Q trình kỵ khí tạo ra khí sinh học (bao gồm chủ yếu của methane và carbon dioxide).
Quá trình kỵ khí được chia thành 4 giai đoạn:
-

-

-

Thủy phân: trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các
phức chất và các chất không tan (polysaccharides, protein, lipid) chuyển hóa thành
các phức đơn giản hơn hoặc chất hịa tan (đường, các amino acid, acid béo). Q
trình này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc

tính dễ phân hủy của cơ chất. Chất béo thủy phân rất chậm.
Acid hóa: trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành
chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3,
H2S và sinh khối mới. Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống 4.0.
Acetic hoá (Acetogenesis): vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn
acid hóa thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới.
Methane hóa (methanogenesis): đây là giai đoạn cuối của quá trình phân huỷ kỵ khí.
Acetic, H2, CO2, acid formic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh
khối mới.

Trong 3 giai đoạn thuỷ phân, acid hóa và acetic hóa, COD hầu như khơng giảm,
COD chỉ giảm trong giai đoạn methane. Thực hiện quá trình khử nitrate và khử một phần
các hợp chất hữu cơ.
Q trình thiếu khí: thường được sử dụng để loại bỏ nitơ khỏi nước thải. Quá trình
loại bỏ nitơ sinh học được gọi là quá trình khử nitơ. Quá trình khử nitơ địi hỏi rằng nitơ
được chuyển hóa thành nitrate. Những vi khuẩn trong hệ thống thiếu khí này sử dụng
nitrate như một chất nhận electron và giải phóng nitơ dưới dạng các oxit nitơ hoặc khí
nitơ.
Q trình hiếu khí: q trình này diễn ra trong bể hiếu khí, trong đó nước thải được
hịa trộn với oxy. Trong điều kiện thuận lợi, vi sinh vật sẽ phát triển nhanh chóng và phân
hủy các chất hữu cơ tạo ra sinh khối và chất khí. Những sinh khối này được loại bỏ bằng
một bể lắng thứ cấp. Trong quá trình bùn hoạt tính, bể phản ứng phân tán sinh trưởng là
một bể sục khí hoặc hồ chứa hỗn hợp lơ lửng của nước thải và vi sinh vật. Một phần nước
thải sau khi đạt được q trình nitrate hóa được tuần hồn trở lại bể thiếu khí để tham gia
vào q trình khử Nitơ nhằm loại bỏ Nitơ ra khỏi nước thải. Bùn sau bể lắng thứ cấp
được tuần hoàn trở lại bể thiếu khí.
Xử lý nước thải chế biến thủy sản bằng cơng nghệ AAO có một số ưu điểm và hạn
chế như sau:

Ưu điểm:
-

-

Chịu được tải trọng cao do hệ thống sử dụng q trình kị khí, giúp loại bỏ một phần
chất hữu cơ đồng thời phân giải một số hợp chất hữu cơ cao phân tử có trong nước
thải trước khi qua các bể xử lý phía sau.
Hệ thống cho hiệu quả xử lý cao đối với các chất dinh dưỡng như Nitơ và phospho.
Tiết kiệm diện tích sử dụng.
Hạn chế:

-

Vận hành phức tạp, địi hỏi người sử dụng phải có trình độ chun mơn cao.
Hiệu quả cao trong xử lý các chất dinh dưỡng, tuy nhiên, xử lý không triệt để do một
phần nước thải qua bể hiếu khi được tuần hoàn lại bể Anoxic.
Hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ của bể hiếu khí truyền thống khơng cao.

Hình 1. 5 Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản công ty Songkla Canning
Public, Thái Lan.
Ở Việt Nam, công nghệ xứ lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí UASB và cơng
nghệ bùn hoạt tính truyền thống Aerotank là 2 công nghệ được áp dụng phổ biến hiện nay
đối với hầu hết các loại nước thải có khả năng phân hủy sinh học trong đó có nước thải
chế biến thủy sản.


Hai công nghệ này thường được sử dụng kết hợp trong một quy trình xử lý nước thải,
trong đó, bể UASB sử dụng hệ VSV kỵ khí có tác dụng phân hủy các hợp chất hữu cơ
cao phân tử cũng như loại bỏ một phần các chất hữu cơ có trong nước thải đặc biệt là

những loại nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao mà bể Aerotank không xử lý được và
có thể gây chết hệ VSV hiếu khí, tuy nhiên, các hợp chất hữu cơ qua bể UASB khơng
được xử lý triệt để, vì vậy cần phải kết hợp với một cơng nghệ xử lý hiếu khí phía sau.
Tại bể Aerotank, các chất hữu cơ cịn lại tiếp tục được các VSV hiếu khí sử dụng để tổng
hợp sinh khối, đồng thời giải phóng ra CO2 và nước.
Ưu điểm lớn nhất của 2 công nghệ này là quy trình xử lý đơn giản, dễ vận hành vì
vậy nó khơng u cầu nhân viên vận hành có trình độ cao và chi phí đầu tư thấp, chính vì
vậy nó được ưu tiên lựa chọn tại các nhà máy. Tuy nhiên, 2 cơng nghệ này có những hạn
chế rất lớn trong đó phải kể đến là hiệu quả xử lý không cao đối với các chất dinh dưỡng
Nitơ và phospho. Đối với bể Aerotank, thời gian lưu bùn kéo dài sẽ làm tăng hàm lượng
phospho có trong nước thải. Để đảm bảo nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn đối với các chất
dinh dưỡng, cần phải có thêm các cơng trình xử lý phía sau như hồ sinh học, bãi lọc, …
điều này dẫn đến làm tăng chi phí đầu tư, tăng diện tích đất sử dụng. Diện tích xây dựng
lớn cũng là một trong những hạn chế của 2 cơng nghệ này, vì vậy nó khơng phù hợp với
những nhà máy chế biến thủy sản có quy mơ nhỏ.
Hiện nay, một số phương pháp mới trong xử lý nước thải thủy sản cũng được một số
cơ sở đưa vào áp dụng, tuy nhiên vẫn còn khá hạn chế do trình độ kỹ thuật của nhân viên
cịn thấp và chi phí đầu tư cao.
Đầu vào
Song chắn rác

Hố thu gom

Bể tách mỡ

Bể tuyển nổi

Bể keo tụ

Bể điều hòa

Bể lọc sinh học

Bể anoxic

Bể lắng

Bể khử trùng

Bể lọc áp lực

Bể trung gian

Nguồn tiếp nhận

Hình 1. 6 Quy trình cơng nghệ xử lý nước thải chế biến thủy sản


(Nguồn: Tổng cục mơi trường, 2009)
Đối với quy trình cơng nghệ theo Tổng cục mơi trường năm 2009, quy trình cơng
nghệ trên áp dụng q trình xử lý hóa lý (kep tụ - tuyển nổi) kết hợp với quá trình xử lý
sinh học hiếu khí (bể lọc sinh học) - thiếu khí (bể Anoxic) và lọc áp lực. Bể cho hiệu quả
xử lý rất cao đối với các chất hữu cơ và chất dinh dưỡng. Tuy nhiên, việc áp dụng quá
nhiều công nghệ như vậy sẽ tốn kém rất nhiều chi phí đầu tư và gây lãng phí.
Nếu áp dụng q trình keo tụ - tuyển nổi phải kiểm sốt được hàm lượng hóa chất
trước khi qua các bể xử lý sinh học phía sau để tránh làm chết hệ VSV. Quá trình keo tụ tuyển nổi nên được áp dụng đối với nước thải có chứa nhiều chất rắn lơ lửng khó lắng.
Việc sử dụng bể lọc sinh học cũng địi hỏi trình độ chun mơn cao và trong quá
trình vận hành sẽ xảy ra một số vấn đề như sau (EPA, 2000):
-

-

Mùi khó chịu từ bể lọc: tải trọng hữu cơ quá nhiều là nguyên nhân gây thiếu oxy cho
vi khuẩn phát triển hoặc khơng đủ thơng gió.
Lắng đọng trên các lớp vật liệu lọc: tăng trưởng sinh học q nhiều
Sự bong tróc: Khơng đủ độ ẩm trên lớp vật liệu lọc, bảo dưỡng kém
Sự đóng băng: nhiệt độ nước thải thấp
Bộ phân phối xoay chậm lại hoặc dừng: Không đủ lưu lượng nước thải để quay bộ
phân phối, bị tắc cánh tay quay hoặc các lỗ; bị tắc các lỗ thông trên ống của bộ phân
phối; cánh tay địn của bộ phân phối khơng đủ mức độ quay, tay đòn của hệ thống
phân phối và vào lớp vật liệu.
Quá trình vận hành và bảo dưỡng phức tạp

Việc đặt bể Anoxic phía sau bể lọc sinh học cũng gặp phải một số vấn đề liên quan
đến việc duy trì hàm lượng thức ăn cung cấp cho hệ VSV thiếu khí tại bể Anoxic vì bể
lọc sinh học có hiệu quả rất cao trong việc xử lý các chất hữu cơ và chất dinh dưỡng có
trong nước thải vì vậy nước thải sau bể lọc sinh học không đủ cung cấp nguồn thức ăn
cho các VSV tại bể Anoxic. Bên cạnh đó, ưu điểm của bể lọc sinh học là lượng sinh khối
tạo thành ít hơn nên lượng bùn trong bể Anoxic phía sau phải được kiểm sốt chặt chẽ.
Nước thải sau bể lắng thứ cấp có hàm lượng chất rắn lơ lửng thấp, nếu kiểm sốt tốt
q trình lắng thì khơng cần thiết phải sử dụng thêm bể lọc áp lực phía sau để tránh lãng
phí.


CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MBBR
2.1 Giới thiệu về công nghệ Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR)
2.1.1 Khái niệm
Bể MBBR được phát minh bởi giáo sư Hallvard Odegaard ở Na Uy để xử lý nước
thải bằng màng sinh học sinh trưởng dính bám trên lớp vật liệu có thể di chuyển
(Odegaard, H. và cộng sự, 1996). Ra đời vào những năm 1980 để đáp ứng các thỏa thuận

của tám quốc gia Châu Âu nhằm giảm tải trọng nitơ ở Biển Bắc. Các kỹ sư và nghiên cứu
sinh đã nhận ra rằng trong nhiều trường hợp cần có một quá trình sinh học với nồng độ
sinh khối cao để tăng hiệu quả xử lý và giảm chi phí (Odegaard, H. và cộng sự, 1991).
Với mục đích loại bỏ chất hữu cơ, nitơ và phospho, công nghệ này đã được nghiên cứu
và đã chứng tỏ những ưu điểm rõ rệt qua nhiều nghiên cứu khác nhau. Cơ sở sử dụng
công nghệ MBBR đầu tiên đi vào hoạt động vào năm 1990 tại Lardnal, Na Uy. Cơng
nghệ MBBR kể từ đó đã thâm nhập đáng kể vào thị trường Châu Âu với hơn 300 hệ
thống MBBR được lắp đặt.
Công nghệ MBBR là công nghệ kết hợp giữa các điều kiện thuận lợi của q trình xử
lý bùn hoạt tính hiếu khí và bể lọc sinh học. Cấu tạo bể MBBR gồm 2 thành phần chính
là bể phản ứng bùn hoạt tính và giá thể lơ lửng. Bể MBBR hoạt động giống như q trình
xử lý bùn hoạt tính hiếu khí trong tồn bộ thể tích bể đồng thời là q trình xử lý bằng
lớp màng sinh học với sinh khối phát triển trên giá thể lơ lửng, mà những giá thể lơ lửng
này có thể di chuyển tự do trong bể phản ứng và được giữ lại bên trong bể phản ứng bằng
một lớp lưới chắn được đặt ở cửa ra của bể. Trong bể MBBR, sinh khối ngày càng được
tạo ra trong quá trình xử lý giúp đảm bảo các điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý bằng
phương pháp bùn hoạt tính hiếu khí trong bể. Khơng giống như bể bùn hoạt tính thơng
thường, sinh khối trong bể MBBR gồm 2 phần: sinh trưởng tự do trong bể phản ứng và
sinh trưởng dính bám trên giá thể lơ lửng, với diện tích bề mặt lớn nên lượng sinh khối
này vẫn đảm bảo cho quá trình xử lý trong bể diễn ra ổn định (mặc dù lượng sinh khối tự
do vẫn mất đi theo nước thải đầu ra) vì vậy bể MBBR khơng cần q trình tuần hồn bùn
giống các phương pháp xử lý bằng bùn hoạt tính khác. Sinh khối trong bể MBBR có
nồng độ cao hơn dẫn đến thể tích bể nhỏ gọn hơn q trình bùn hoạt tính thơng thường
(Odegaard, H. và cộng sự, 1994).


b) Bể MBBR hiếu khí

c) Bể MBBR thiếu khí

a) Giá thể lơ lửng K1

Hình 2. 1 Bể MBBR và giá thể lơ lửng
(Nguồn: Odegaard, H. và công sự, 1994)
Bể MBBR gồm 2 loại: bể hiếu khí và bể thiếu khí. Trong bể hiếu khí sự chuyển động
của các giá thể được tạo thành do sự khuếch tán của những bọt khí có kích thước trung
bình được thổi từ máy thổi khí. Trong khi đó, ở bể thiếu khí/ kị khí thì quá trình này được
tạo ra bởi sự xáo trộn của các giá thể trong bể bằng cánh khuấy. Hầu hết các bể MBBR
được thiết kế ở dạng hiếu khí có lớp lưới chắn ở cửa ra, ngày nay người ta thường thiết kế
lớp lưới chắn có dạng hình trụ đặt thẳng đứng hay nằm ngang. Các giá thể lơ lửng có thể
chiến tới 70% thể tích của bể phản ứng. Kinh nghiệm cho thấy, khả năng xáo trộn của giá
thể lơ lửng tỉ lệ nghịch với mật độ của giá thể trong bể (Odegaard, H. và công sự, 1994).
2.1.2 Giá thể lơ lửng
Một trong những yếu tố chính của MBBR là các giá thể lơ lửng (MBBC – Moving
Bed Biofilm Carrier), các giá thể này phải đảm bảo: diện tích bề mặt lớn, độ nhám bề
mặt, bền và xốp. Các MBBC có dạng hình trụ nhỏ hay bản dẹp và di chuyển tự do trong
bể xử lý nước thải. Các MBBC được thiết kế đặc biệt để cung cấp một diện tích bề mặt
lớn thích hợp cho sự phát triển của màng sinh học. Thông thường, một phần lớn thể tích
bể xử lý được lấp đầy giá thể và sau đó được duy trì chuyển động liên tục trong nước thải
bằng cách sục khí hoặc khuấy cơ học. Ứng dụng đầu tiên của công nghệ này vào những
năm 1990 chủ yếu cho mục đích loại bỏ BOD/COD trong các nhà máy xử lý nước thải
quy mô nhỏ, công nghệ này hiện đang được áp dụng trên toàn thế giới với các MBBC có
các kích thước khác nhau (Odegaard, H. và cộng sự, 1994; Rusten và cộng sự, 1998;
Wessman và cộng sự, 2004). Một số loại MBBC thường được sử dụng là: K1, K2, K3,
K5, Natrix, Bifilm Chip (P), Biofilm Chip (M), ... Thông số của một số loại giá thể thơng
dụng được trình bày trong bảng 2.1.


Bảng 2. 1 Thông số của một số loại giá thể lơ lửng
STT

Loại giá thể

Chất liệu

Kích thước
(D×L)

Diện tích hữu
dụng (m2/m3)

1

K1

Polyethylene

10 mm × 7 mm

500

2

K2

Polyethylene

15 mm × 15 mm

350

3

K3

Polyethylene

25 mm × 10 mm

500

4

K5

Polyethylene

25 mm × 4 mm

800

5

Natrix

Polyethylene

44 mm × 36 mm

200

6

Biofilm Chip (P)

Polyethylene

45 mm × 32 mm

900

7

Biofilm Chip (M)

Polyethylene

48 mm × 2 mm

1200

(Nguồn: (McQuarrie và Boltz, 2011)
Trong MBBR, sự tăng trưởng của VSV
chủ yếu nằm trong giới hạn các bề mặt của
MBBC, và đặc biệt là các bề mặt bên trong của
nó. Điều này dẫn đến sự hình thành một màng
sinh học ổn định và được bảo vệ, VSV chịu
ảnh hưởng từ sự thay đổi các thông số nước
thải gây ra bởi biến đổi các đặc tính nước thải
và quy trình vận hành. Bên cạnh việc thúc đẩy

hoạt động của VSV, ưu điểm chính của MBBR
cũng bao gồm giảm thiểu chi phí đầu tư ban
đầu và khơng cần chi phí cho việc rửa ngược.
Giá thể thường được làm bằng polyethylene có
Hình 2. 2 Một số loại giá thể lơ lửng
khối lượng riêng lớn nhưng vẫn thấp hơn so với
khối lượng riêng của nước (tỷ trọng của các loại giá thể so với tỷ trọng của nước từ 0.94
– 0.96), điều này giúp cho giá thể có thể lơ lửng và dễ dàng di chuyển trong nước thải
(Odegaard, H. và cộng sự, 1994).


Hình 2. 3 Màng sinh học hình thành trên giá thể lơ lửng
(Nguồn: www.headworksinternational.com)
2.1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến q trình xử lý của cơng nghệ MBBR
Các thơng số khác nhau có thể ảnh hưởng đến hiệu suất của hệ thống MBBR như:
yếu tố môi trường, thông số hoạt động, hình dạng và kích thước giá thể và mật độ giá thể.
Hình dạng và kích thước giá thể cùng với mật độ giá thể, độ xáo trộn và tải trọng hữu cơ
sẽ được trình bày chi tiết trong phần dưới đây (Karizmeh, M.S., 2012).
 Hình dạng và kích thước của giá thể
H. Odegaard và cộng sự (2000) đã nghiên cứu ảnh hưởng của hình dạng và kích
thước của giá thể đến hiệu suất của hệ thống MBBR. Họ đã nghiên cứu vấn đề này trên
các giá thể từ các nhà sản xuất khác nhau và phát hiện ra tải trọng hữu cơ trên mỗi diện
tích bề mặt giá thể (tức là gCOD/m2.d) đóng một vai trị quan trọng trong hiệu quả xử lý
của bể MBBR. Diện tích bề mặt cao đã được chứng minh là cải thiện đáng kể hiệu suất
của hệ thống này. Đặc biệt, khơng có sự khác biệt về tỷ lệ loại bỏ trong nghiện cứu được
tiến hành giữa các giá thể có hình dạng khác nhau nhưng diện tích bề mặt tương tự
(Odegaard, H. và cộng sự, 2000). Do đó, hiệu suất của hệ thống độc lập với hình dạng
của giá thể và hồn tồn phụ thuộc vào diện tích bề mặt của các giá thể. Diện tích bề mặt
riêng thực tế của giá thể lớn, do đó nồng độ màng sinh học cao trong bể xử lý dẫn đến thể
tích bể nhỏ. Theo các báo cáo, nồng độ màng sinh học dao động từ 3000  4000 gTS/m3,

tương tự với những giá trị có được trong bùn hoạt tính với tuổi bùn cao. Điều này được
suy ra rằng, vì tải trọng thể tích trong MBBR cao hơn gấp vài lần trong q trình xử lý
bùn hoạt tính nên sinh khối sinh ra trong bể MBBR cao hơn nhiều (Odegaard, H. và cộng
sự, 1994).
Bản chất của các giá thể là phân bố đều và mang một lớp màng sinh học mỏng cho
phép chuyển hóa cơ chất và oxy đến bề mặt màng sinh học. Do đó, khi màng sinh học
quá dày thì hiệu quả lại giảm vì cơ chất không thể đi sâu vào bên trong của lớp màng nền
nếu lớp màng dày hơn 100 m. Khi màng sinh học đủ độ dày cần thiết thì lớp màng sẽ tự
động bong tróc ra để duy trì độ dày tối ưu cho quá trình khuếch tán chất dinh dưỡng.
Điều đó địi hỏi duy trì vận tốc dịng chảy cần thiết sao cho hệ thống có hiệu quả
(Odegaard, H. và cộng sự, 1994). Không nên làm cho các vật liệu đệm bị xáo trộn quá
mạnh. Ngoài ra, ma sát và sự ăn mòn giá thể trong bể phản ứng là nguyên nhân làm vỡ
màng sinh học từ bề mặt ngoài giá thể. Chính vì thế, các giá thể MBBR được gia cơng
với bề mặt ngồi có độ dính bám, có các “gân” bên ngoài để bảo vệ màng sinh học và
thúc đẩy tăng trưởng sinh khối. Diện tích bề mặt của các “gân” khơng được tính vào diện
tích bề mặt thực tế của màng sinh học (Odegaard, H., 1994), diện tích trung bình hiệu
quả của giá thể MBBR là khoảng 70% tổng diện tích bề mặt màng sinh học dính bám vào
giá thể.
 Mật độ giá thể
Wang và cộng sự (2005) đã nghiên cứu ảnh hưởng của mật độ giá thể đến tỷ lệ loại
bỏ các chất gây ô nhiễm, sinh khối và màng sinh học hoạt động trong bể MBBR. Mật độ
giá thể là thể tích giá thể trên thể tích bể phản ứng. Trong một nghiên cứu được tiến hành
với mật độ giá thể tăng từ 10% đến 75% và tỷ lệ loại bỏ COD tăng từ 58,4% đến 68,4%
(tại mật độ giá thể 50%) và sau đó giảm xuống cịn 63,3%, do đó mật độ giá thể tối ưu là
khoảng 50%. Mật độ giá thể cũng có một mối quan hệ gián tiếp với nồng độ sinh khối lơ
lửng trong bể phản ứng, với sự gia tăng mật độ giá thể nồng độ sinh khối lơ lửng trong bể
phản ứng bắt đầu giảm. Tuy nhiên, nồng độ sinh khối lơ lửng đạt giá trị cực đại ở mật độ
giá thể 50% (Wang và cộng sự, 2005).

Mật độ các giá thể trong bể MBBR từ 30 – 70% so với thể tích nước trong bể phản
ứng. Tuy nhiên, mật độ của giá thể được yêu cầu dựa trên đặc tính của nước thải và mục
tiêu xử lý cụ thể. Thực tế thường sử dụng mật độ giá thể thấp hơn 70% thể tích bể phản
ứng (Levstek, M. và I. Plazl, 2009).
 Độ xáo trộn
Một yếu tố khác có ảnh hưởng đến hiệu suất là dòng chảy và điều kiện xáo trộn trong
bể phản ứng. Độ xáo trộn thích hợp là điều kiện lý tưởng đối với hiệu suất của hệ thống.
Lớp màng sinh học hình thành trên giá thể rất mỏng tạo điều kiện phân tán và vận chuyển


cơ chất và oxy đến bề mặt lớp màng sinh học. Vì vậy, lớp màng sinh học dày và mịn
khơng được mong đợi đối với hệ thống vì cơ chất và oxy không được phân tán và tiếp
xúc đều với các VSV trên màng sinh học đồng thời các cơ chất khơng được khuếch tán
đều vào lớp màng kị khí bên trong của màng dẫn đến giảm hiệu quả xử lý nitơ và
phospho. Độ xáo trộn thích hợp có tác dụng loại bỏ các sinh khối dư và duy trì độ dày
thích hợp cho màng sinh học. Độ dày màng sinh học được khuyến khích phù hợp với q
trình xử lý cơ chất là nhỏ hơn 100 m. Độ xáo trộn quá cao sẽ làm tách sinh khối ra khỏi
giá thể và làm giảm hiệu suất quá trình xử lý (Odegaard, H. và cộng sự, 1994).
 Tải trọng hữu cơ
OLR = COD (kg/m3).Q (m3/ngày)/ V bể (m3)
Trong đó:
-

COD: Hàm lượng COD trong nước thải
Q: Lưu lượng nước thải
V: Thể tích bể

Tải trọng cao: MBBR hoạt động theo tải trọng hữu cơ cao nhằm mục đích chính là
loại bỏ chất hữu cơ hòa tan và dễ phân hủy, tuy nhiên, trong điều kiện tải trọng cao sẽ
làm bong tróc màng. Hệ thống MBBR tải trọng cao thường kết hợp với quá trình keo tụ

và tạo bơng, tuyển nổi hay có một bước để loại bỏ chất rắn.
Tải trọng trung bình: các thiết kế tải trọng trung bình có hiệu quả khi nước thải đã
được loại bỏ phospho.
Tải trọng thấp: thiết kế tải trọng thấp được xem xét để tăng quá trình nitrate hóa do
q trình nitrate hóa cần một lượng DO nhất định, nồng độ các chất hữu cơ thấp, lượng
DO tiêu hao do q trình oxy hóa các chất hữu cơ thấp, đồng thời VSV đã sử dụng hết cơ
chất là chất hữu cơ chuyển sang sử dụng cơ chất là các hợp chất nitơ có số oxi hóa thấp
(ammonium, nitơ hữu cơ, …) nên q trình nitrate hóa diễn ra mạnh mẽ. Điều này đảm
bảo rằng tốc độ nitrate hóa cao có thể đạt được trong các bể phản ứng với tải trọng BOD
thấp. Trong những trường hợp khi tải trọng BOD cho q trình nitrate hóa MBBR khơng
giảm, thì tốc độ nitrate hóa sẽ giảm đáng kể và các bể phản ứng có thể khơng hiệu quả.
Ví dụ, tốc độ nitrate hóa đạt 0.8 g/m2.ngày ở tải trọng BOD là 2 g/m2.ngày và nồng độ
oxy hòa tan là 6 mg/L nhưng tỉ lệ này sẽ giảm khoảng 50% nếu tải trọng BOD tăng lên
đến 3 g/m2.ngày. Có thể điều chỉnh bằng cách sử dụng nồng độ oxy hòa tan cao hơn để
giúp bù đắp quá trình ức chế này, hoặc giảm tải trọng bề mặt. Tuy nhiên, điều quan trọng
cần lưu ý rằng những lựa chọn khác phải có tính kinh tế và có phương pháp tiếp cận hiệu
quả. Thay vào đó, phương pháp thích hợp là thay đổi kích thước bể MBBR để loại bỏ
BOD bằng cách sử dụng tải trọng thấp để đạt hiệu quả nitrate hóa tối đa (Copithorn, R. và
cộng sự, 2010).


2.1.4 Ưu điểm và nhược điểm của Công nghệ MBBR
 Ưu điểm:
Hệ thống MBBR khơng cần q trình bùn tuần hồn vì VSV dính bám trên giá thể lơ
lửng và được giữ lại trong giá thể, những phần chết đi được loại bỏ theo dịng nước đầu
ra. Do đó, chi phí vận hành cho q trình tuần hồn bùn được giảm đáng kể.
Hệ thống có khả năng chịu tải trọng hữu cơ cao và màng sinh học có khả năng thích
ứng khi nồng độ chất ơ nhiễm thay đổi đáng kể. Mật độ VSV xử lý trên một đơn vị thể
tích cao hơn so với hệ thống xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính lơ lửng vì nồng độ vi
sinh trên giá thể khá cao, vì vậy tải trọng hữu cơ cao hơn.

Thiết bị xử lý dễ vận hành, đa dạng với nhiều loại giá thể khác nhau
Hiệu quả xử lý cao: với đặc tính màng sinh học thì hiệu quả loại bỏ COD, nitơ và
phospho khá tốt vì màng sinh học vừa có khả năng loại bỏ COD, vừa có khả năng khử
nitơ và cố định phospho do màng vi sinh có các lớp hiếu khí, tùy nghi và kị khí. (Hewell,
C., 2005).
 Nhược điểm:
Do VSV tăng trưởng liên tục và dính bám lên giá thể, nên khó xác định được thời
gian lưu bùn, những VSV chết sẽ theo dịng nước ra ngồi.
Cần cung cấp đầy đủ các chất dinh dưỡng vì màng rất dễ bị bong tróc khi chất dinh
dưỡng bị hạn chế hoặc điều kiện khuấy trộn và sục khí khơng đạt u cầu.
2.2 Cơ sở lý thuyết của màng sinh học
2.2.1 Khái niệm màng sinh học
Loại bỏ các chất hữu cơ và các chất dinh dưỡng trong nước thải được thực hiện bằng
quá trình phát triển của sinh khối trên bề mặt của giá thể hay được gọi là màng sinh học
gắn liền với quá trình phát triển của cơng nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh
học. Màng sinh học là quần thể của VSV sinh trưởng dính bám trên bề mặt giá thể nhờ
vào các chất kết dính là các polymer ngoại bào (EPS - Extracellular Polymeric
Substances) (Donlan, 2002; Madigan và cộng sự, 2011; Watnick và Kolter, 2000).


Hình 2. 4 Quá trình hình thành màng sinh học.
(Nguồn : Breyers & Ratner, 2004)
2.2.2 Cấu tạo và hoạt động của màng sinh học
Lớp màng sinh học là quần thể các VSV phát triển trên bề mặt giá thể. Chủng loại
VSV trong màng sinh học tương tự như đối với hệ thống xử lý bùn hoạt tính lơ lửng.
Màng sinh học có thể bao gồm bất kỳ loại VSV, bao gồm tảo, nấm, vi khuẩn, cổ khuẩn
và động vật nguyên sinh và trong hầu hết các màng sinh học tự nhiên, bao gồm các các
cộng đồng vi khuẩn phức tạp với nhiều loài (Briones và Raskin, 2003). Hầu hết các loại
VSV trên màng sinh học thuộc loại dị dưỡng (chúng sử dụng carbon hữu cơ để tạo ra
sinh khối mới) với VSV tùy nghi chiếm ưu thế.