Nghiên cứu phát triển công nghệ trống quay sinh học tích hợp các quá trình kỵ khí và hiếu khí nhằm xử lý hỗn hợp nước thải sinh hoạt

1

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào.
TÁC GIẢ LUẬN VĂN
(Học viên ký)

Phạm Đoàn Thanh Bình


2

LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình nghiên cứu, tôi đã nhận được sự giúp đỡ, động viên của các
thầy cô giáo, các bạn bè và đồng nghiệp. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy (cô)
giáo trong khoa Kỹ thuật Môi Trường, các thầy (cô) và các cán bộ của khoa Sau đại
học trường Đại học Xây dựng đã giúp đỡ tôi để tôi có thể hoàn thành đề tài nghiên
cứu này.
Tôi xin gửi lời cảm ơn trân trọng nhất đến thầy giáo hướng dẫn, PGS.TS Lều
Thọ Bách, Chủ nhiệm đề tài Khoa học và Công nghệ cấp Bộ: "Nghiên cứu thiết kế,
chế tạo thiết bị xử lý nước thải sinh hoạt quy mô nhỏ bằng trống quay sinh học ứng
dụng cho các đối tượng khu chung cư, cơ sở dịch vụ công cộng và xí nghiệp công
nghiệp” đã tạo điều kiện cho tôi tham gia đề tài, hướng dẫn tận tình, tỉ mỉ và có
nhiều góp ý quý báu cho tôi trong quá trình nghiên cứu.
Tôi xin cảm ơn tất cả các bạn trong lớp Cao học, các đồng nghiệp đã giúp đỡ
tôi hoàn thành công trình nghiên cứu của mình.
Do thời trình độ chuyên môn còn hạn chế nên đề tài này chắc chắn không thể
tránh khỏi những thiếu sót. Tôi mong nhận được các ý kiến đóng góp để đề tài
nghiên cứu này được hoàn thiện hơn.

Một lần nữa, xin trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, tháng 12 năm 2016
Học viên

Phạm Đoàn Thanh Bình


3

MỤC LỤC


4

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
BOD
COD
DO
MLSS
XLNT
TCVN
QCVN
A20
OD
SBR
AS/ASP/CAS
RBC
HRT

KHKT

Nguyên gốc
Nhu cầu oxi sinh học
Nhu cầu oxi hóa học
Oxi hòa tan
Nồng độ chất lơ lửng
Xử lý nước thải
Tiêu chuẩn Việt Nam
Quy chuẩn Việt Nam
Yếm khí – Thiếu khí – Hiếu khí
Kênh (mương) oxy hóa
Bể phản ứng sinh học hoạt động theo mẻ
Quá trình xử lý nước thải truyền thống
Trống quay sinh học
Thời gian lưu nước
Khoa học kỹ thuật


5

DANH MỤC BẢNG


6

DANH MỤC HÌNH


7

DANH MỤC ĐỒ THỊ

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Hiện nay nước thải từ các hộ gia đình, khu chung cư chủ yếu được xả vào hệ
thống thoát nước hoặc các sông hồ trong thành phố, do vậy nước thải không được
xử lý ngay lập tức gây ra nhiều vấn đề nghiêm trọng về môi trường. Để giải quyết
vấn đề này hiện nay có 2 phương thức chủ yếu là: xử lý nước thải tập trung và xử lý
nước thải phân tán. Phương thức xử lý nươc thải tập trung có đặc điểm: vốn đầu tư
cho các trạm xử lý tập trung của thành phố là rất lớn, cách thức vận hành phức tạp,
chi phí vận hành lớn . Chính vì vậy cần nghiên cứu một công nghệ xử lý nước thải
sinh hoạt phân tán tại chỗ với vốn đầu tư và chi phí vận hành thấp, dễ sử dụng, hiệu
quả xử lý đạt tiêu chuẩn.
2. Mục đích thực hiện đề tài
Xây dựng 1 mô hình công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt công suất nhỏ ứng
dụng cho các đối tượng khu chung cư và cơ sở dịch vụ công cộng nhằm giải quyết
vấn đề ô nhiễm môi trường nước.
3. Đối tượng và phạm vị nghiên cứu
Nước thải sinh hoạt từ chung cư.
4. Phương pháp nghiên cứu
Thu thập kế thừa các nghiên cứu từ trước: Tham khảo các kiết quả nghiên cứu
về các dạng hệ thống xử lý nước thải phân tán, các tài liệu thiết kế các công trình xử
lý nước thải tại chỗ công suất nhỏ như bể Bastaf, Jokasho, hệ thống bùn hoạt tính,


8

đĩa/trống quay sinh học… qua đó phân tích ưu nhược điểm của từng loại hệ thống
làm cơ sở đề xuất công nghệ và giải pháp thiết kế phù hợp.

Nghiên cứu tối ưu hóa thiết kế và chế tạo mô hình thực nghiệm thiết bị xử lý
nước thải sinh hoạt phục vụ công tác nghiên cứu trong phòng thí nghiệm.
Vận hành mô hình bằng nước thải sinh hoạt.
Lấy mẫu phân tích chất lượng nước thải đầu vào và đầu ra.
Xử lý số liệu mô phỏng kết quả nghiên cứu dưới dạng bảng biểu, biểu đồ.
5. Cơ sở khoa học và thực tiễn của đề tài
Hiện nay nước thải từ các hộ gia đình, khu chung cư đang phần lớn không
được xử lý mà xả thải trực tiếp vào mạng lưới thoát nước hoặc các sông ở trong đô
thị. Đây là 1 nguồn gây ô nhiễm nghiêm trọng cho các sông hồ trong thành phố.
Trong điều kiện hạn chế về diện tích sử dụng đất tại các đô thị, đồng thời khả năng
xử lý nước thải của các bể tự hoại còn hạn chế, thì phát triển các hệ thống xử lý
nước thải nhỏ gọn, dễ lắp đặt, tiêu thụ ít năng lượng, khả năng xử lý được nước thải
đạt tiêu chuẩn thì việc nghiên cứu phát triển một mô hình xử lý nước thải sinh hoạt
chi phi thấp cho các chung cư, công trình công cộng là rất cần thiết. Ngoài ra hiện
nay trong các tòa nhà chung cư, công trình công cộng luôn tồn tại 2 hệ thống thu
gom nước thải (hệ thống thu gom nước thải đen và hệ thống thu gom nước thải
xám), nghiên cứu này cũng hướng đến giải pháp có thể hợp nhất 2 hệ thống thu
gom này làm 1 nhằm tiết kiệm chi phí xây dựng, tối ưu hóa giải pháp thiết kế, bố trí
các đường ống kỹ thuật trong các công trình.


9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT VÀ
CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT
a.1.

Nguồn gốc, đặc tính nước thải sinh hoạt của chung cư và hình thức
thu gom, xử lý

a.1.1. Nguồn gốc, đặc tính của nước thải sinh hoạt của chung cư
Nước thải từ các khu chung cư chủ yếu phát sinh từ các nguồn thải như: tắm
giặt, nấu nướng, rửa nhà, nước thải nhà vệ sinh… (hình 1.1)

Nước thải sinh hoạt

Khác
Phòng tắm

Toilet
- Phân.
- Nước tiểu.
- Giấy vệ sinh.
- Nước xả

Bếp
- Nước tẩy rửa.
- Dầu mỡ.

- Xà phòng.
- Hóa chất tẩy rửa.

- Nước giặt.
- Lau nhà.
...

- Nước xả.

- Thực phẩm thừa.
- Nước rửa.

Hình 1.1. Nguồn gốc nước thải sinh hoạt
Các thành phần ô nhiễm chính đặc trưng thường thấy ở nước thải sinh hoạt là
BOD5, COD, Nitơ và photpho. Một yếu tố gây ô nhiễm quan trọng trong nước thải
sinh hoạt đó là các loại mầm bệnh được lây truyền bởi các vi sinh vật có trong phân.
Vi sinh vật gây bệnh cho người bao gồm các nhóm chính là virus, vi khuẩn, nguyên
sinh bào và giun sán. Thành phần và nồng độ các chất ô nhiễm cơ bản có thể tham
khảo theo bảng 1.1:


10

Bảng 1.1. Thành phần tính chất nước thải sinh hoạt ở Hà Nội
Chỉ tiêu chất lượng nước

Hàm lượng (mg/l)

Trung bình (mg/l)

BOD5 (mg/l)

50-150

100

COD (mg/l)

120-250

200

TSS (mg/l)

30-120

65

NH4-N (mg N/l)

4-25

18

TKN (mg N/l)

5-40

25

T-P (mg/l)

2-10

4

Dầu mỡ (mg/l)

<30

-

Độ kiềm (mg CaCO3/l)

>100

-

pH

6-9

(Nguồn Jica, 2010)

Theo tiêu chuẩn xây dựng TCXDVN 7957:2008 về lượng chất bẩn tính cho
một người dân đô thị xả vào hệ thống thoát nước như bảng 1.2:
Bảng 1.2. Lượng chất bẩn một người trong một ngày xả vào hệ thống thoát
nước
Các chất
Giá trị, g/ng.ngày
Chất lơ lửng (SS)
60-65
BOD5 của nước thải chưa lắng
65
BOD5 của nước thải đã lắng
30-35
Nitơ amon (N-NH4)
7
Phốt phát (P2O5)
1.7
Clorua (Cl-)

10
Chất hoạt động bề mặt
2-2.5
a.1.2. Thực trạng và các hình thức thu gom, xử lý nước thải hiện tại
Hiện nay phương thức xử lý nước thải tập trung và phân tán đều đang được áp
dụng ở Việt Nam. Ở đô thị, công trình xử lý nước thải tại chỗ áp dụng trong các
khách sạn lớn, các bệnh viện, tòa nhà văn phòng, chung cư mới xây. Nước thải
được xử lý đạt loại B trước khi xả vào mạng lưới thoát nước thành phố. Tuy nhiên,


11

các công trình xử lý tại chỗ thường sớm bị hư hỏng do không được quan tâm vận
hành, bảo dưỡng cẩn thận. Trong khi đó, bể tự hoại vẫn là công trình xử lý tại chỗ
được sử dụng phổ biến trong các tòa nhà cũ, chung cư và các trung tâm thương mại
nhỏ. Việc xem bể tự hoại như là một công trình xử lý nước thải sơ bộ cũng là một
vấn đề, do mức độ xử lý nước thải và phân bùn của bể tự hoại còn thấp. Mặt khác
hầu hết các nơi quản lý bể tự hoại chưa tốt, cần phải thường hút bùn thường xuyên
nhưng mọi người chỉ thực hiện khi bể bị tràn. Dẫn đến nhiều bể tự hoại hoạt động
trong tình trạng bị quá tải, không xử lý hay xử lý kém hiệu quả nước thải trước khi
xả vào hệ thống thoát nước thành phố. Nước thải chưa được xử lý tốt trong bể tự
hoại có thể chứa các chất rắn khi xả vào mạng lưới thoát nước chung vốn đã xuống
cấp làm tắc nghẽn dòng chảy hoặc phát sinh mùi. Ngoài ra ở Việt Nam do còn thiếu
các trạm xử lý nước thải tập trung, nên nước thải từ các khu đô thị, chung cư… vẫn
đang xả trực tiếp ra sông/hồ. nên hình thức xử lý nước thải phân tán đang được
khuyến cáo sử dụng để hạn chế gây ô nhiễm các sông hồ trong các đô thị.
Trong các khu chung cư hầu hết xây dựng 2 hệ thống thu gom nước thải riêng
biệt: 1 hệ thống thu gom nước thải xám và 1 hệ thống thu gom nước thải đen. Nước
thải xám được thu gom sau đó dẫn ra hố ga thoát nước thải rồi đi vào hệ thống thoát
nước thải của thành phố. Nước thải đen được thu gom tập trung tại bể tự hoại, nước

thải sau bể tự hoại mới được dẫn ra hố ga thoát nước thải rồi đi vào hệ thống thoát
nước của thành phố. Nước thải từ công trình sau khi được thu gom sẽ theo mạng
lưới thoát nước thải về trạm xử lý nước thải tập trung của thành phố.
Hình thức này có các nhược điểm là:
-

Phải xây dựng 2 hệ thống thu gom nước thải trong công trình làm tăng chi
phí xây dựng ban đầu và gây khó khăn cho việc bố trí kiến trúc và các

-

đường ống kỹ thuật bên trong công trình.
Nước thải chưa được xử lý hiệu quả xả vào hệ thống thoát nước của thành

-

phố gây ra nhiều nguy cơ tiềm ẩn về ô nhiễm môi trường.
Cần nhiều chi phí để đầu tư xây dựng một trạm xử lý nước thải tập trung
của thành phố với công suất lớn.


12

a.1.3. Các công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt phổ biến hiện nay.
Hiện nay có nhiều loại hình công nghệ sinh học đang được ứng dụng trong xử
lý nước thải sinh hoạt, công nghiệp quy mô nhỏ tại Việt Nam. Các loại hình công
nghệ này có thể phân thành một số nhóm chính như sau:
Công nghệ bùn hoạt tính: đây là công nghệ truyền thống có hiệu quả cao và
đã được ứng dụng từ lâu nay. Bản chất của công nghệ là sử dụng các vi khuẩn hiếu
khí tập trung dưới dạng bùn hoạt tính để oxy hóa và phân hủy các chất hữu cơ trong

nước thải. Các vi khuẩn (bùn hoạt tính) được nuôi cấy trong các công trình xử lý
nước thải như bể aeroten, mương oxy hóa sinh học. Bùn hoạt tính tồn tại trong các
công trình dưới dạng hỗn hợp bùn lơ lửng bằng các biện pháp sục khí hoặc khuấy
trộn đều. Công nghệ này đòi hỏi công trình có kích thước đủ lớn để đảm bảo thời
gian lưu nước và lưu bùn thích hợp. Mặt khác để duy trì nồng độ bùn thích ứng
trong bể aeroten, cần có thêm bể lắng và hệ thống tuần hoàn bùn từ bể lắng về bể
aeroten. Đây cũng là các yếu tố làm cho công nghệ có chi phí đầu tư ban đầu và chi
phí vận hành cao.
Công nghệ màng sinh học: quá trình xử lý được thực hiện trên cơ sở các
màng sinh vật là tập hợp các vi khuẩn hiếu khí được hình thành trên bề mặt các vật
liệu lọc hoặc các đĩa/trống quay. Các màng sinh vật này có tác dụng hấp thụ và
phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải khi nước thải được lọc qua các lớp vật
liệu. Việc làm thoáng được thực hiện bằng quạt gió cưỡng bức hoặc làm thoáng tự
nhiên. Công nghệ này được áp dụng trong các công trình bể lọc sinh học cao tải, bể
lọc sinh học nhỏ giọt, hệ thống đĩa/trống quay sinh học. Đây cũng là công nghệ
mang tính truyền thống đã được phát triển từ lâu. Mặc dù hiệu quả xử lý đáp ứng
được nhu cầu cần thiết nhưng vẫn tồn tại các nhược điểm như chi phí đầu tư ban
đầu cho công trình cao, hiệu suất xử lý bị ảnh hưởng bởi yếu tố khí hậu do công
trình thường được bố trí hở, gây mùi…
Công nghệ xử lý kỵ khí: dựa trên khả năng phân hủy các chất hữu cơ có nồng
độ cao của các vi khuẩn kỵ khí. Công nghệ này thường được áp dụng để xử lý nước


13

thải công nghiệp có nồng độ chất hữu cơ cao. Công nghệ được áp dụng trong các
loại công trình như bể tự hoại, bể lọc kỵ khí, bể UASB, ESBR. Công nghệ này có
ưu điểm là vừa xử lý được các chất hữu cơ trong nước thải, đồng thời tận thu được
sản phẩm mới là khí sinh học có thể được sử dụng như một nguồn năng lượng mới.
Tuy nhiên để các công trình đạt được hiệu quả xử lý ổn định, việc tạo ra loại bùn kỵ

khí dạng hạt bùn tự nhiên có khả năng lưu tốt trong công trình không phải là việc
làm đơn giản.
Công nghệ màng lọc: đây là công nghệ mới và hiện đại, quá trình xử lý được
thực hiện bằng bùn hoạt tính có nồng độ cao nuôi cấy trong điều kiện hiếu khí trong
bể làm thoáng. Nước sau xử lý được tách bởi hệ thống màng lọc có kích thước nhỏ
hơn kích thước của các loại vi khuẩn. Công nghệ này ưu việt hơn công nghệ bùn
hoạt tính truyền thống do không cần xây dựng bể lắng, chất lượng nước sau xử lý
đảm bảo đạt yêu cầu. Tuy nhiên giá thành đầu tư ban đầu cho hệ thống màng lọc
lớn, các chi phí rửa lọc, bơm hút nước lọc… cũng làm tăng chi phi vận hành.
Công nghệ AO: AO là công nghệ xử lý nước thải sinh học hiện đang được
triển khai nhiều tại Việt Nam. Công nghệ AO có khả năng xử lý đồng thời cả BOD
lẫn Nitơ tuy nhiên để đảm bảo xử lý triệt để được Nitơ cần có hệ thống bơm tuần
hoàn công suất lớn gấp 3 lần công suất xử lý của trạm. Chính vì vậy các vấn đề về
tiêu thụ điện năng, trình độ vận hành cao cũng vẫn còn là vấn đề phải xem xét.
Theo “Báo cáo đánh giá hoạt động quản lý nước thải đô thị Việt Nam” của
Ngân hàng thế giới (12/2013), tính đến tháng 9 năm 2013 Việt Nam hiện có 17 nhà
máy xử lý nước thải đang vận hành và 32 trạm đang xây mới. Các công nghệ xử lý
nước thải được áp dụng trong các nhà máy xử lý nước thải rất khác nhau. Trong đó
có một số công nghệ như: Công nghệ bùn hoạt tính, sử dụng phương pháp bùn hoạt
tính truyền thống (CAS) áp dụng tại: Nhà máy xử lý nước thải Bình Hưng Hòa;
công nghệ Yếm khí – Thiếu khí – Hiếu khí (A20) áp dụng tại: Nhà máy xử lý nước
thải Kim Liên, Trúc Bạch, Bắc Thăng Long; công nghệ bể phản ứng sinh học hoạt
động theo mẻ (SBR) áp dụng tại: Nhà máy xử lý nước thải Yên Sở, Bãi Cháy, Hà


14

Khánh; công nghệ kênh oxi hóa (OD) áp dụng tại : Nhà máy xử lý nước thải Bắc
Giang. Các phương pháp này đảm bảo xử lý nước thải đạt chất lượng cao và thường
được thiết kế để xử lý nước thải đầu vào có nồng độ BOD cao hơn nhiều so với

nồng độ thực tế nhà máy đang tiếp nhận. Vì vậy, tám nhà máy xử lý nước thải có
khả năng xử lý nước thải đạt tiêu chuẩn thải hiện hành. Nồng độ BOD trung bình
trong nước thải sau xử lý của tám nhà máy tiếp nhận nước từ hệ thống thoát nước
chung giao động từ 3-23 mg/l, thấp hơn nhiều so với tiêu chuẩn 50mg/l cho loại
“B”. Với nồng độ chất ô nhiễm thấp như vậy, thực ra có thể xử lý đạt tiêu chuẩn
nước thải đầu ra bằng cách phân kỳ xây dựng nhà máy xử lý hoặc lựa chọn công
nghệ xử lý thấp hơn, nhờ đó có thể tiết kiệm chi phí đầu tư cơ bản.
Công nghệ xử lý nước thải bằng chuỗi hồ sinh học cũng đang được áp dụng ở
một số nơi tại Việt Nam (nhà máy xử lý nước thải Buôn Ma Thuật).


15

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
NƯỚC THẢI VÀ NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT MÔ HÌNH THỰC
NGHIỆM XỬ LÝ HỖN HỢP NƯỚC THẢI SINH HOẠT
b.
b.1.

Cơ sở lý thuyết

b.1.1. Công nghệ xử lý nước thải hiếu khí
Phương pháp hiếu khí sử dụng nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều
kiện cung cấp oxy liên tục. Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi
là quá trình oxy hoá sinh hoá.Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu
khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo. Trong các công trình xử lý
nhân tạo, người ta tạo điều hiện tối ưu cho quá trình oxy hoá sinh hoá nên quá trình
xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều. Tuỳ theo trạng thái tồn tại của vi sinh
vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành:
-

Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu
được sử dụng khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính,
hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân
huỷ hiếu khí. Trong số những quá trình này, quá trình bùn hoạt tính hiếu

-

khí (Aerotank) là quá trình phổ biến nhất.
Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá
trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học,
bể phản ứng nitrate hoá với màng cố định.

Một số công nghệ xử lý nước thải hiếu khí phổ biến là:
-

Công nghệ xử lý nước thải bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank)
Công nghệ xử lý sinh học dạng mẻ (SBR)
Công nghệ sinh học tăng trưởng dính bám
Công nghệ lọc sinh học (Trickling Filter)


16

b.1.2. Công nghệ xử lý nước thải kỵ khí
Phương pháp xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí là quá trình
sử dụng vi sinh vật kỵ khí trong môi trường không có oxi.
Một số công nghệ xử lý kỵ khí đang được áp dụng:
-

Lọc kỵ khí – Anaerobic Filter;
Kỵ khí tiếp xúc;
UASB - Upflow Anaerobic Bludge Blanket;
EGSB - Expanded Granular Sludge Bed.

b.1.3. Công nghệ trống quay sinh học
Trên thế giới công nghệ xử lý nước thải bằng trống quay sinh học (Rotating
biological contactor – RBC) đã được nghiên cứu phát triển và ứng dụng thực tế từ
thế kỷ 19 tại châu Âu, đặc biệt là tại Đức. RBC được nghiên cứu và phát triển tại
Đức vào những năm 1960, đến nay hệ thống RBC được ứng dụng rộng rãi tại 140
quốc gia trên thế giới, các loại nước thải thích hợp cho hệ thống là nước thải có
nguồn gốc sinh hoạt như nước thải tại các toà nhà, khu dân cư, bệnh viện … và
nước thải một số ngành sản xuất công nghiệp. Theo nghiên cứu hệ thống RBC công
suất 150 m3/ngđ tại Pllman, US, hiệu qủa xử lý của của cả hệ thống các trống quay
sinh học có thể đạt được 70-90%. Chi phí vận hành và bảo dưỡng của hệ thống so
với các hệ bùn hoạt tính khác có công suất tương đương tiết kiệm hơn khoảng 35%
so với bùn hoạt tính cải tiến và khoảng 70% so với hệ bùn hoạt tính kết hợp keo tụ
bằng hóa chất.


17

Hình 2.1. Sơ đồ trống quay sinh học điển hình
Nguyễn lý hoạt động: Dựa vào nguyên lý tiếp xúc của hệ vi sinh vật bám dính
trên trống quay (màng sinh học) đối với nước thải và ôxy có trong không khí. Khi
khối đĩa quay lên, các vi sinh vật lấy ôxy để oxy hoá các chất hữu cơ và giải phóng
CO2. Khi khối đĩa quay xuống, vi sinh vật nhận chất nền (chất dinh dưỡng) có
trong nước. Quá trình tiếp diễn như vậy cho đến khi hệ vi sinh vật sinh trưởng và
phát triển sử dụng hết các hữu cơ có trong nước thải. Màng sinh vật sẽ hình thành
trên bề mặt trống quay, độ dày phụ thuộc vào tính chất của nước thải, tốc độ quay,

vật liệu làm trống quay…
Phạm vi áp dụng: Công nghệ RBC được sử dụng rộng rãi để xử lý nước thải
sinh hoạt với công suất không hạn chế, tuy nhiên nó thường được áp dụng cho các
trạm xử lý công suất dưới 5000 m 3/ngày. RBC được sử dụng với các loại nước thải
chứa hàm lượng ô nhiễm chất hữu cơ BOD5 khoảng 500 mg/l, dinh dưỡng N tổng
khoảng 100 mg/l.
Một ví dụ điển hình của việc áp dụng công nghệ trống quay sinh học trong xử
lý nước thải ở khu vực Đông Nam Á là hệ thống BI-ACT SCBA của công ty Uni
San Pol (Thái Lan). Hoạt động dựa trên nguyên lý của công nghệ trống quay sinh


18

học cùng với một số cải tiến, hệ thống BI-ACT đã được xây dựng để xử lý nước
thải cho rất nhiều công trình quy mô vừa và nhỏ ở Thái Lan như: bệnh viện Paolo
(công suất trạm xử lý: 600 m3/ngđ), khách sạn Marriott Royal Garden (công suất
trạm xử lý: 964 m3/ngđ), bệnh viện Samittivej (công suất trạm xử lý: 1000 m 3/ngđ),
trường đại học Srinakharinwriot (công suất trạm xử lý: 1250 m3/ngđ)…
b.1.4. Đề xuất công nghệ tích hợp
Hướng tới mục đích tối ưu hóa công nghệ và tiết kiệm điện năng tiêu thụ để
phù hợp với điều kiện kinh tế của các hộ gia đình, công trình công cộng, khu dân cư
tại Việt Nam thì cũng cần tiến hành nghiên cứu để cải tiến một số yếu tố như: tăng
diện tích tiếp xúc bề mặt của đĩa quay hoặc trống quay; sử dụng động cơ để tạo
chuyển động quay của đĩa/trống đòi hỏi tiêu thụ điện năng, định kỳ bảo dưỡng động
cơ; công trình bố trí hở để tạo điều kiện cung cấp oxy từ không khí tự nhiên có thể
gây mùi hôi. Với các nhược điểm này, công nghệ đĩa/trống quay sinh học truyền
thống chỉ có thể ứng dụng để xử lý nước thải theo hình thức tập trung tại các trạm
xử lý nước thải công suất lớn, khó có thể ứng dụng đối với hình thức xử lý nước
thải phân tán, quy mô nhỏ trong điều kiện Việt Nam hiện nay.
Chính vì vậy, luận văn này đề xuất nghiên cứu mô hình xử lý nước thải trống

quay sinh học với chi phí thấp, dễ dàng trong xây dựng và vận hành. có khả năng
kết hợp các quá trình sinh học kỵ khí và hiếu khí trong cùng 1 thiết bị. Trống quay
sinh học sẽ có thể xử lý triệt để các chất hữu cơ và nitơ trong hỗn hợp nước thải bao
gồm cả phân và nước tiểu.
b.2.

Xây dựng mô hình thực nghiệm

b.2.1. Cấu tạo của mô hình
a. Các yêu cầu của mô hình
Mô hình thiết kế cần đảm bảo các yêu cầu:
-

Tích hợp được các ngăn kỵ khí và hiếu khí trong cùng một mô hình để xử
lý đồng thời cả hai loại nước thải đen và xám.


19

-

Phần hiếu khí được thiết kế trên cơ sở công nghệ xử lý sinh học nước thải

-

bằng đĩa/trống quay.
Cấu trúc đơn giản, dễ lắp đặt, đơn giản trong vận hành, bảo dưỡng, tiêu
thụ ít nhiên liệu.

b. Vật liệu

Vật liệu: Thiết bị được chế tạo theo dạng mô đun bằng vật liệu nhựa acrylic
không màu, đảm bảo chống thấm, kín không gây mùi, dễ dàng ghép khối.
c. Cấu tạo
Cấu tạo của mô hình nghiên cứu:

Hình 2.2.
Cấu tạo mô hình
trống quay


20

Mô hình xử lý nước thải dạng Trống quay sinh học có cấu tạo là hình trụ tròn.
Đường kính của khối trụ là D = 350 (mm), chiều cao H = 500 (mm). Cấu trúc của
mô hình gồm hai phần chính là phần thân thiết bị và phần Trống quay. Ngoài ra còn
có các bộ phận và thiết bị khác (các đường ống dẫn nước, khí, máy bơm định lượng,
máy thổi khí…).
Mô hình thí nghiệm thực tế:

Hình 2.3. Cấu tạo mô hình trống quay


21

a. Phần thân thiết bị
Phần thân thân thiết bị được chia làm ba phần từ dưới lên trên theo chiều dòng
nước thải đưa vào để xử lý tương ứng với các vùng lần lượt là vùng kỵ khí, vùng
hiếu khí và vùng lắng. Các vùng hiếu khí và kỵ khí được phân chia bởi 2 tấm phẳng
nằm nghiêng đặt chéo nhau. Giữa 2 vùng hiếu khí và vùng lắng được ngăn cách
bằng vách ngăn tạo dòng chảy tràn qua mép vách có dạng răng cưa.

Vùng kỵ khí ở phía dưới thuộc phần đáy có dung tích công tác là 15,25 (lít).
Tại đây đã được bổ sung bùn kỵ khí từ trước đó và diễn ra quá trình xử lý sinh học
trong điều kiện kỵ khí.
Vùng hiếu khí thuộc phần trên của thiết bị có dung tích là 19,25 (lít).Tại đây
diễn ra quá trình xử lý sinh học trong điều kiện hiếu khí và khí được cấp cho vùng
này bao gồm cấp khí nhân tạo có kiểm soát và cấp khí tự nhiên.
Vùng lắng của thiết bị có nhiệm vụ lưu chứa và lắng cặn nước thải sau xử lý
trước khi được dẫn ra ngoài.
b. Phần trống quay
Phần trống quay của thiết bị có cấu tạo hình trụ với đường kính d = 192 (mm),
chiều dài l = 263 (mm) được đặt theo phương nằm ngang. Trên trống quay có chia
thành 6 ngăn đều nhau, các ngăn này được ngăn cách bằng các vách ngăn có dang
cánh cung theo chiều thuận chiều thuận kim đồng hồ. Ở các ngăn có bố trí các hạt
giá thể dạng hình gai và bao quanh chu vi xung quanh trống quay là một lớp lưới
nhựa để giữ các hạt giá thể đó. Một bên cạnh trống có bố trí nắp có thể mở được
dùng cho trường hợp cần lấy các hạt giá thể ra khỏi trống để vệ sinh, bảo dưỡng.
Trống quay của thiết bị quanh quay 1 trục nằm ngang đảm bảo khi vận hành
trống quay đều, cân đối, không bị rung lắc. Trục quay được giữ bằng 2 thanh điều
chỉnh có chia các mốc, nhờ vậy trống quay có thể đặt tịnh tiến theo phương thẳng


22

đứng dọc trục của phần thân ở các cao độ khác nhau để điều chỉnh độ ngập nước
của trống quay.

Hình 2.4. Phần trống quay
Ngoài ra, thiết bị còn lắp đặt thêm một số chi tiết sau:
-

Hệ thống đường ống dẫn khí và ống phân phối khí có dạng đục lỗ được
đặt cố định trên tấm phẳng nghiêng ngăn cách hai vùng hiếu khí và kỵ khí.
Đường ống phân phối khí được đặt cùng phương với phương của Trống

-

quay sao cho khí đi ra khỏi ống hướng vào các ngăn của trống quay.
Các chi tiết khác như các van xả nước & bùn cặn, đầu thu khí, đầu đo pH,
đầu bổ sung hóa chất được bố trí trên thiết bị đảm bảo phù hợp với chức


23

năng riêng của các chi tiết và thuận lợi cho triển khai thực hiện nghiên
cứu.
b.2.2. Nguyên lý hoạt động của mô hình
Hình 2.5. Sơ đồ lắp đặt thiết bị của
toàn bộ hệ thống
Bảng 2.1. Tên và đặc tính các thiết bị
thí nghiệm
STT
1

Tên thiết bị/đặc tính

Số lượng
1

2

Bể phản ứng hiếu-kỵ khí kết hợp (nhựa acrylic không
màu)
Bồn chứa nước thải đầu vào (Nhựa PVC)

3

Bồn chứa nươc thải sau xử lý (Nhựa PVC)

1

4

Bồn chứa hóa chất (Nhựa PVC)

1

5

Thiết bị thu hồi khí sinh học (Nhựa PVC)

1

6

Bơm định lượng điều chỉnh 0.5 10L/h, Đức

2

7

Máy cấp khí, Trung Quốc

1

8

Thiết bị điều chỉnh lưu lượng khí

1

9

Ống phân phối khí

1

10

Bộ điều khiển tự động tắt/bật bơm theo tín hiệu pH,EU

1

11

Trống quay

1

12

Đầu đo pH, EU

1

13

Bộ máy khuấy 0 400rpm, Nhật

1

14

Đối trọng

1

15

Các van xả nước và bùn cặn

3

1

Nguyên lí hoạt động của hệ thống như sau:
Nước thải sau khi pha sẵn được chứa trong bồn chứa (2) có dung tích phù hợp
với các chế độ vận hành và được khuấy đều liên tục bằng bộ máy khuấy (13), qua
bơm định lượng (6) đã được thiết lập chế độ lưu lượng để phù hợp với chế độ hoạt

24

động, được bơm qua ống dẫn đi vào bể phản ứng (1). Khi nước thải được bơm dẫn
vào đến bể phản ứng (1), quá trình xử lý nước thải được thực hiện theo trình tự sau:
Nước thải được dẫn qua ống xuống vùng xử lý kỵ khí. Tại đây dưới sự hoạt
động của vi sinh vật kỵ khí có trong bùn kỵ khí xảy ra quá trình xử lý sinh học kỵ
khí. Sản phẩm của quá trình xử lý ở vùng này là khí sinh học được dẫn vào thiết bị
thu hồi khí (5).
Nước thải sau khi được xử lý ở vùng kỵ khí tiếp tục đi vào vùng hiếu khí theo
dòng chảy ngược. Tại đây xảy ra quá trình xử lý sinh học trong điều kiện hiếu khí.
Để cấp khí cho quá trình xử lý tại vùng này, máy cấp khí (7) được lắp đặt qua thiết
bị điều chỉnh lưu lượng (8). Dưới tác dụng của dòng khí sục từ dưới lên, khí được
tập trung trong các ngăn tạo tạo thành lực đẩy làm trống quay (11) quay quanh trục
của nó và có chiều quay ngược với chiều kim đồng hồ. Bên cạnh đó, một phần bề
mặt của trống quay (11) sau khi quay sẽ có một khoảng thời gian nhất định tiếp xúc
với không khí ở môi trường bên ngoài qua đó có thể trao đổi không khí với môi
trường. Thời gian cũng như phần diện tích tiếp xúc với môi trường không khí bên
ngoài phụ thuộc mức độ ngập nước của trống quay (11).
Nước thải sau khi đi qua 2 vùng kỵ khí và hiếu khí được chảy tràn qua vách
ngăn có dạng răng cưa ngăn cách giữa vùng hiếu và vùng lắng để vào ngăn chứa
trước khi đi ngoài vào bồn chứa nước thải sau xử lý (3)
Để điều chỉnh độ ngập nước của trống quay có thể nâng lên hoặc hạ xuống
thanh điều chỉnh giữ trống quay.
Nước thải và bùn cặn lắng xuống được thải ra ngoài qua các van xả (15).
b.3.

Đối tượng nước thải

b.3.1. Nước thải phân bùn bể phốt
Nước thải phân bùn bể phốt được lấy từ Công ty TNHH Một thành viên Môi

trường và Đô thị Hà Nội – URENCO, Chi nhánh Cầu Diễn – URENCO 7 có địa chỉ
tại số 60B Nhuệ Giang, Tây Mỗ, Từ Liêm, Hà Nội.


25

Nước thải được lấy ngay tại xe thông hút bể phốt sau khi vừa thực hiện xong
công việc ở chính điểm tập trung nước phân bùn bể phốt. Nước thải được chứa
trong can chứa dung tích 20 lít và được bảo quản ở điều kiện phòng phục vụ quá
trình vận hành thí nghiệm.
b.3.2. Bùn thải từ hệ thống cống rãnh
Bùn thải được lấy tại Trạm bơm Yên Sở có địa chỉ tại Đường Nguyễn Khoái,
Quận Hoàng Mai, Hà Nội. Bùn được lấy ngay tại xe hút bùn tại các hệ thống cống
rãnh sau khi thực hiện xong công việc ở chính điểm tập kết bùn. Bùn được chứa
trong can dung tích 20 lít và được bảo quản ở điều kiện phòng phục vụ quá trình
vận hành thí nghiệm.
Nước thải dùng để đưa vào mô hình xử lý sẽ được pha chế để có các tính chất
tương đương với nước thải sinh hoạt thực tế.
b.3.3. Bùn kỵ khí
Bùn kỵ khí được lấy từ bể kỵ khí tại Trạm xử lý nước thải Kim Liên – Hà Nội.
Dung dịch bùn sau khi lấy lên từ bể kỵ khí được để lắng tĩnh trong điều kiện thường
từ 10-15 phút nhằm loại bỏ bớt phần nước, sau đó được chứa trong bình chứa và
bảo quản trong tủ lạnh một tuần, rút bỏ phần nước trong. Bùn đặc được sử dụng cho
thí nghiệm và được bảo quản tại điều kiện < 40C trong tủ lạnh.