Nghiên cứu ứng dụng xử lý amoni trong nước ngầm trên hệ thiết bị sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

TRỊNH XUÂN ĐỨC

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC
NGẦM TRÊN HỆ THIẾT BỊ SỬ DỤNG VẬT LIỆU MANG VI
SINH CHUYỂN ĐỘNG

LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

HÀ NỘI – 2018


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------

TRỊNH XUÂN ĐỨC

NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC
NGẦM TRÊN HỆ THIẾT BỊ SỬ DỤNG VẬT LIỆU MANG VI

SINH CHUYỂN ĐỘNG

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường
Mã số: 9 52 03 20
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Trần Đức Hạ
2. PGS.TSKH. Ngô Quốc Bưu

Hà Nội – 2018


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu thí nghiệm và kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, chưa từng công
bố trong bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2018

Tác giả luận án

Trịnh Xuân Đức

ii

LỜI CẢM ƠN
Trước hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS Trần Đức
Hạ, PGS. TSKH Ngô Quốc Bưu đã luôn theo sát, tận tình hướng dẫn, đóng góp
những ý kiến quý báu, định hướng nghiên cứu và hoàn thành luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Học viện Khoa học và
Công nghệ, Viện Công nghệ Môi trường, trường Đại học Xây dựng và các thầy cô
giáo trong hội đồng chấm luận án đã giúp đỡ, và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi
trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và thực hiện luận án này.
Tôi xin chân thành cảm ơn bạn Nguyễn Thị Thanh Hòa, Nguyễn Văn Hoàng
và tập thể kỹ sư Viện khoa học Kỹ thuật hạ tầng và Môi trường (SIIEE) đã giúp đỡ
trong quá trình thu thập số liệu hiện trạng, vận hành mô hình phòng thí nghiệm và
pilot tại hiện trường.
Chân thành cảm ơn các bạn Nguyễn Thị Việt Hà, Trần Đức Khánh đã nhiệt
tình cộng tác trong quá trình hoàn thiện báo cáo luận án.
Xin chân thành cảm ơn Ban lãnh đạo và đồng nghiệp Công ty Cổ phần Xây
dựng và Môi trường Việt Nam (Vinse) đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi trong
quá trình nghiên cứu học tập để hoàn thành luận án.
Đặc biệt, tôi xin dành tất cả sự yêu thương và lời cảm ơn tới gia đình đã luôn
ở bên cạnh động viên tinh thần và hết lòng giúp đỡ tôi hoàn thành nghiên cứu này.
Cuối cùng, với tinh thần cầu thị tôi rất mong nhận được đóng góp ý kiến từ
thầy cô và các bạn đồng nghiệp để tiếp tục hoàn thiện và ứng dụng công nghệ
MBBR vào thực tiễn xử lý amoni trong nước ngầm.
Hà Nội, ngày

tháng

năm 2018

Tác giả

Trịnh Xuân Đức


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1
1. SỰ CẦN THIẾT NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI.................................................. 1
2. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN..........................3
2.1. Mục tiêu nghiên cứu............................................................................................. 3
2.2. Nội dung nghiên cứu............................................................................................ 3
3. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN.........................4
3.1. Phạm vi................................................................................................................ 4
3.2. Đối tượng............................................................................................................. 4
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................................................................... 4
4.1. Phương pháp phân tích tài liệu thứ cấp................................................................. 4
4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm.................................................................. 4
4.3. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết........................................................................ 5
4.4. Phương pháp phân tích......................................................................................... 5
4.5. Phương pháp tính toán và xử lý số liệu................................................................. 5
5. CÁC ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN..................................................................... 6
5.1. Tính mới của luận án............................................................................................ 6
5.2. Tính thực tiễn của luận án..................................................................................... 6
5.3. Đóng góp khoa học của luận án............................................................................ 6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC NGẦM SỬ
DỤNG CÔNG NGHỆ MÀNG VI SINH CHUYỂN ĐỘNG...................................7
1.1. Tổng quan về hiện trạng sử dụng nước ngầm và ô nhiễm amoni vùng Hà Nội
7 1.1.1. Địa chất thủy văn khu vực Hà Nội................................................................ 7
1.1.2. Nguồn gốc amoni trong nước ngầm................................................................. 7
1.1.3. Tác hại của amoni trong nước sinh hoạt.......................................................... 8

1.1.4. Hiện trạng sử dụng nước ngầm thành phố Hà Nội......................................... 10
1.1.5. Đặc trưng chất lượng nước ngầm và hiện trạng ô nhiễm amoni trong nước
ngầm khu vực Hà Nội.............................................................................................. 13
1.2. Các phương pháp xử lý amoni......................................................................... 15
1.2.1. Xử lý amoni bằng chất oxy hoá..................................................................... 15
1.2.2. Xử lý amoni bằng kiềm hoá và làm thoáng.................................................... 17
1.2.3. Xử lý amoni bằng trao đổi ion....................................................................... 18


1.2.4. Xử lý amoni bằng thực vật............................................................................. 18
1.2.5. Quá trình ANAMMOX (Anaerobic Ammonium Oxidation).........................19
1.2.6. Quá trình SHARON (Single reactor High activity Ammonium Removal Over
Nitrite)..................................................................................................................... 20
1.2.7. Xử lý amoni bằng phương pháp sinh học truyền thống.................................20
1.3. Kỹ thuật màng vi sinh...................................................................................... 33
1.3.1. Màng vi sinh.................................................................................................. 33
1.3.2. Các loại bể sinh học sử dụng kỹ thuật màng vi sinh...................................... 37
1.4. Tình hình nghiên cứu tại Việt Nam và Quốc tế............................................... 43
1.4.1. Tình hình nghiên cứu tại Viêt Nam................................................................ 43
1.4.2......................................................................................................................... Tình hình
nghiên cứu trên Thế giới................................................................................. 45
1.4.3. So sánh hiệu quả xử lý của công nghệ MBBR............................................... 47
1.5. Kết luận chương 1............................................................................................ 50
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU......................51
2.1. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu.................................................................... 51
2.2. Quan trắc lấy mẫu và Phương pháp phân tích............................................... 51
2.2.1. Quan trắc lấy mẫu.......................................................................................... 51
2.2.2. Phương pháp phân tích.................................................................................. 52
2.3. Phương pháp phân tích các số liệu động học.................................................. 53
2.3.1. Phương pháp theo mẻ.................................................................................... 53

2.3.2. Phương pháp liên tục khuấy trộn đều............................................................. 54
2.3.3. Phương pháp hệ nối tiếp liên tục khuấy trộn đều........................................... 55
2.3.4. Xác định các thông số động học.................................................................... 57
2.4. Vật liệu mang vi sinh DHY............................................................................... 62
2.4.1. Khối lượng riêng thực, khối lượng riêng biểu kiến, độ xốp và thể tích xốp ..63
2.4.2. Diện tích bề mặt............................................................................................. 64
2.4.3. Nuôi cấy vi sinh lên vật liệu mang............................................................................... 65
2.5. Mô hình trong phòng thí nghiệm..................................................................... 66
2.5.1. Nguồn nước cấp cho thí nghiệm.................................................................... 66
2.5.2. Sơ đồ thí nghiệm............................................................................................ 67
2.5.3. Các yếu tố cần khảo sát.................................................................................. 69
2.6. Mô hình pilot MBBR thực tế........................................................................... 71


2.6.1. Vị trí lắp đặt Pilot.......................................................................................... 71
2.6.2. Vận hành pilot và lấy mẫu pilot..................................................................... 73
2.7. Kết luận chương 2............................................................................................ 74
CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN.......................................................... 76
3.1. Vật liệu mang vi sinh....................................................................................... 76
3.2. Mô hình pilot trong phòng thí nghiệm............................................................. 79
3.2.1. Tốc độ nitrat hóa............................................................................................ 79
3.2.2. Xác định các thông số động học.................................................................... 87
3.2.3. Xác định phương trình tốc độ khử nitrat riêng (U) đồng thời trong hệ bể hiếu
khí

93

3.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrat hóa và khử nitrat......................... 96
3.3. Mô hình pilot thực tế...................................................................................... 108
3.3.1. Tính toán và thiết kế pilot............................................................................ 108

3.3.2. Kết quả vận hành Pilot................................................................................. 113
3.4. Bộ công thức tính toán hệ thiết bị xử lý amoni nước ngầm sử dụng màng vi
sinh chuyển động (MBBR).................................................................................... 118
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................................. 122
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 124
CÁC CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN
QUAN ĐẾN LUẬN ÁN
...............................................................................................................................
129


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Mặt cắt địa chất thủy văn khu vực Hà Nội...................................................7
Hình 1.2. Bản đồ phân bố amoni thành phố Hà Nội..................................................14
Hình 1.3. Tương quan giữa clo dư và lượng clo cho vào nước để xử lý amoni..........16
Hình 1.4. Tương quan giữa ion amoni và khí amoniac tại các giá trị pH và nhiệt độ. .17
Hình 1.5. Sự phụ thuộc của hiệu quả xử lý Amoni vào tỉ lê nước-không khí tại các
nhiệt độ nước khác nhau...........................................................................................19
Hình 1.6. Quá trình ANAMMOX..............................................................................19
Hình 1.7. Quá trình SHARON...................................................................................20
Hình 1.8. Chu trình hình thành và bong tróc của màng sinh học................................34
Hình 1.9. Quần thể vi sinh dính bám trên vật liệu mang............................................34
Hình 1.10. Hệ xử lý bằng màng vi sinh chuyển động................................................35
Hình 1.11. Sơ đồ cơ chế hoạt động của màng sinh học trên giá thể chuyển động.......35
Hình 1.12. Cấu trúc xốp của polyuretan xốp..............................................................36
Hình 1.13. Vật liệu mang vi sinh BiOChip.................................................................37
Hình 1.14. Vật liệu mang vi sinh DHY (do VINSE sản xuất)....................................37
Hình 1.15. Sơ đồ hệ thống lọc sinh học......................................................................38
Hình 1.16. Bộ phận cấu thành đĩa quay sinh học.......................................................39
Hình 1.17. Sơ đồ cột lọc tầng tĩnh.............................................................................40

Hình 1.18. Mô tả quá trình xử lý của bể MBBR........................................................41
Hình 1.19. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước ô nhiễm Amoni do tác giả
Lều Thọ Bách thực hiện............................................................................................43
Hình 1.20. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý nước ngầm ô nhiêm Amoni do
tác giả Nguyễn Văn Khôi, Cao Thế Hà thực hiện......................................................44
Hình 1.21. Sơ đồ dây chuyền công nghệ xử lý amoni sử dụng giá thể dạng sợi Acrylic.
45 Hình 1.22. Mô hình bể sinh học màng vi sinh chuyển động sử dụng trong
nghiên cứu của J.D.Rouse,2005.................................................................................46
Hình 1.23a. Sơ đồ hệ thống MBBR trong phòng thí nghiệm được sử dụng trong
nghiên cứu của Zafarzadeh, 2010..............................................................................46
Hình 1.23b. Các sơ đồ nguyên lý xử lý amoni........................................................... 48
Hình 2.1. Sơ đồ bố trí thí nghiệm theo mẻ.................................................................67


Hình 2.2. Sơ đồ thí nghiệm liên tục 1 bình phản ứng.................................................69
Hình 2.3. Sơ đồ thí nghiệm 2 bình phản ứng nối tiếp................................................69
Hình 2.4. Sơ đồ thí nghiệm 3 bình phản ứng nối tiếp................................................69
Hình 2.5. Sơ đồ công nghệ xử lý nước ngầm nhiễm sắt và amoni.............................73
Hình 2.6. Thiết kế chi tiết hệ thiết bị xử lý amoni (MBBR&DHK)............................74
Hình 3.1. Ảnh chụp S.E.M vật liệu DHY..................................................................76
Hình 3.2a. Vật liệu được nuôi cấy thử nghiệm trong phòng thí nghiệm......................77
Hình 3.2b. Hình ảnh vật liệu mang và vi sinh dính bám trong vật liệu mang.............78
Hình 3.2c. Mặt trong và mặt ngoài lớp màng vi sinh................................................. 79
Hình 3.3. Dây chuyền công nghệ của thiết bị xử lý Amoni......................................109
Hình 3.4. Dây chuyền công nghệ trạm xử lý nước Yên Xá......................................109
Hình 3.5. Mặt bằng bể MBBR.................................................................................112


DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Hiện trạng công suất khai thác nước mặt và nước ngầm............................10

Bảng 1.2. Chất lượng nước trước và sau xử lý của các NMN ngầm do công ty nước
sạch Hà Nội quản lý.................................................................................................. 11
Bảng 1.3. Chất lượng nước trước và sau xử lý của các NMN ngầm do công ty nước
sạch Hà Đông và Sơn Tây quản lý
.................................................................................................................................
12
Bảng 1.4. Tổng hợp Amoni trong nước ngầm Hà Nội theo năm từ 2010-2014
các nhà máy.............................................................................................................. 13
Bảng 1.5. Thông số động học đặc trưng của vi sinh vật tự dưỡng trong quá trình
nitrat hóa................................................................................................................... 22
Bảng 1.6. Sự phụ thuộc của μm vào nhiệt độ theo nhiều kết quả nghiên cứu.............23
Bảng 2.1. Thành phần nguyên liệu sản xuất vật liệu mang DHY...............................62
Bảng 2.2. Chất lượng nước thô trạm xử lý nước Yên Xá – Thanh trì.........................72
Bảng 2.3. Chất lượng nước sau bể lọc tại trạm xử lý nước ngầm Yên Xá..................72
Bảng 3.1. Kết quả thí nghiệm đánh giá về vật liệu mang DHY.................................. 76
Bảng 3.2. Mật độ vi sinh trong bình nuôi theo thời gian............................................ 78
Bảng 3.3. Ảnh hưởng của nồng độ N-NH4+ đầu vào lên tốc độ nitrat hóa.................80
Bảng 3.4. Tính toán tốc độ nitrat hóa theo nồng độ amoni đầu vào............................81
Bảng 3.5. Giá trị Chỉ số bán bão hòa (Ks) và tốc độ nitrat hóa..................................84
Bảng 3.5a. Giá trị k, n và tốc độ nitrat hóa................................................................ 86
Bảng 3.6. Các tính toán các thông số từ biểu thức 2-27............................................. 88
Bảng 3.7. Hằng số Ks và k tính toán thực nghiệm.................................................... 89
Bảng 3.8. Bảng tính toán số liệu theo công thức 2-25................................................ 91
Bảng 3.9. Kết quả thực nghiệm các thông số Y và kp................................................ 92
Bảng 3.10. Đánh giá khả năng khử nitrat đồng thời trong hệ hiếu khí........................94
Bảng 3.11. Giá trị k và n từ thực nghiệm................................................................... 95
Bảng 3.12. Sự suy giảm nồng độ amoni theo thời gian.............................................. 96
Bảng 3.13. Ảnh hưởng của mật độ vật liệu mang tới tốc độ nitrat hóa.......................98
Bảng 3.14. Diễn biến xử lý amoni trong điều kiện các nồng độ oxy khác nhau..........99
Bảng 3.15. Ảnh hưởng của số lượng bình phản ứng lên tốc độ oxi hóa amoni.........101

Bảng 3.16. Khả năng khử nitrat đồng thời trong bể hiếu khí.................................... 103


ix

Bảng 3.17. Ảnh hưởng của nồng độ N-NH4+ đầu vào tới hiệu suất khử nitrat.........105
Bảng 3.18. Suy giảm nồng độ N theo thời gian....................................................... 105
Bảng 3.19. Kết quả xử lý amomi và khử nitrat khi có bổ sung cơ chất.....................106
Bảng 3.20. Ảnh hưởng của số lượng ngăn phản ứng................................................ 112
Bảng 3.21a. Ảnh hưởng của mật độ vật liệu mang................................................... 113
Bảng 3.21b. Bảng thông số kỹ thuật của thiết bị xử lý amoni..................................113
Bảng 3.22. Kết quả vận hành thực tế bể sinh học MBBR tại trạm Yên Xá...............114
Bảng 3.23. Kết quả vận hành thực tế với tỷ lệ gió nước khác nhau..........................116
Bảng 3.24. Thông số động học đặc trưng quá trình nitrat hóa................................... 118
Bảng 3.25. Hệ số động học đặc trưng quá trình khử nitrat riêng............................... 118


DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biểu đồ 3.1. Phát triển mật độ vi sinh........................................................................78
Biểu đồ 3.2. Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc
giữa

1
1
r và S............................................ 83

Biểu đồ 3.2a. Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc giữa r và Sra....................................... 85

Biểu đồ 3.3. Biểu đồ biểu diễn sự phụ thuộc tuyến tính
giữa

.x

1
S0  Sr và S...................89

Biểu đồ 3.4. Mối quan hệ giữa nồng độ N-NH4+đầu vào với k và Ks.......................90

Biểu đồ 3.5. Phụ thuộc tuyến tính
giữa

1
vsu

c và X........................................................ 92

Biểu đồ 3.6. Biểu đồ hiệu suất sinh khối Y và hằng số phân hủy nội kp....................93
Biểu đồ 3.7. Đánh giá khả năng khử nitrat đồng thời trong hệ hiếu khí.......................95
Biểu đồ 3.8. Biểu đồ hồi quy số liệu......................................................................... 96
Biểu đồ 3.9. Ảnh hưởng của thời gian lưu tới tốc độ nitrat hóa..................................97
Biểu đồ 3.10. Ảnh hưởng của mật độ vật liệu mang tới quá trình nitrat hóa...............98
Biểu đồ 3.11. Sự biến thiên amoni, nitrat theo các nồng độ oxy khác nhau................99
Biểu đồ 3.12. Ảnh hưởng của số lượng bình phản ứng đến hiệu suất của quá trình
nitrat hóa So=10-50 mgN/L
...............................................................................................................................
102
Biểu đồ 3.13. Khử nitrat đồng thời trong bể hiếu khí............................................... 104
Biểu đồ 3.14. Sự suy giảm N trong hệ phản ứng theo thời gian...............................106
Biểu đồ 3.15. Tốc độ và hiệu suất khử N theo nồng độ amoni đầu vào....................106
Biểu đồ 3.16. Tốc độ khử nitrat khi bổ sung cơ chất................................................108

Biểu đồ 3.17. Hiệu suất xử lý amoni và khử nitrat khi bổ sung cơ chất....................108
Biểu đồ 3.18. Kết quả N-NH4+ sau hệ thiết bị MBBR............................................114
Biểu đồ 3.19. Kết quả N-NO2- và N-NO3- sau hệ thiết bị pilot...............................115
Biểu đồ 3.20. Kết quả thay đổi độ kiềm trong hệ thiết bị pilot.................................115


DANH MỤC KÝ HIỆU/CHỮ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tiếng anh

Tiếng Việt

Anamox

Anaerobic Ammonium Oxidation

Quá trình oxy hóa amoni yếm khí

AOB

Ammonia oxidizing bacteria

Vi khuẩn oxy hóa amoni

BOD

Biochemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy sinh hóa

BYT

Ministry of Health

Bộ Y tế

COD

Chemical Oxygen Demand

Nhu cầu oxy hóa học

ĐCTV

Hydrogeology

Địa chất thủy văn

DHK

Automatic gravity sand filter

Bể lọc cát tự rửa

DHY

Biofilm spongy Carier

Vật liệu mang vi sinh dạng xốp

DO

Dissolved Oxygen

Oxy hòa tan

HRT

Hydraulic Retention Time

Thời gian lưu nước

MAC

Maximum Acceptable Concentration

Nồng đội tối đa chấp nhận được

MBBR

Moving bed biofilm reactor

Kỹ thuật màng vi sinh chuyển

MCL

Maximum Contaminant Levels

Nồng độ cho phép tối đa

MLSS

Mixed Liquid Suspended Solids

Chất rắn lơ lửng dạng lỏng hỗn

NMN

Water treatment plant

Nhà máy nước

PU

Polyurethane

Nhựa PU

QCVN

VietNam Norm

Quy chuẩn Việt Nam

Sharon

Single reactor High activity

Bể đơn xử lý amoni hoạt tính cao

SRT

Sludge Retention Time

Thời gian lưu bùn

TAN

Total ammonium nitrogen

Tổng nitơ amoni

TCVN

Vietnam Standard

Tiêu chuẩn Việt Nam

THM

Trihalogenmethane

T-N

Nitrogen total

Tổng nitơ

TSS

Turbidity Suspendid Solids

Tổng hàm lượng chất rắn lơ lửng

WHO

World Health Organisation

Tổ chức y tế thế giới

Hợp chất hữu cơ nhóm halogenmetan


1

MỞ ĐẦU
1. SỰ CẦN THIẾT NGHIÊN CỨU CỦA ĐỀ TÀI
Nhu cầu về nước sạch, đảm bảo vệ sinh luôn là mối quan tâm hàng đầu và
đã trở thành chiến lược của nhiều quốc gia trong đó có Việt Nam. Hiện nay, ở nước
ta mức sống của người dân đang từng ngày được cải thiện, ý thức về bảo vệ sức
khỏe ngày càng cao, đặc biệt tại các đô thị lớn như thủ đô Hà Nội. Đây là khu vực
có mức độ tập trung dân cư cao thứ hai cả nước với dân số khoảng 7 triệu người
năm 2014 [1]. Tuy nhiên cùng với sự phát triển nhiều mặt của thủ đô, thì vấn đề
cấp nước sạch vẫn chưa thể đáp ứng được cả về mặt số lượng và chất lượng.
Tổng công suất cấp nước thương phẩm cho toàn thành phố Hà nội hiện nay
là 994.637 m3/ngđ trong đó 230.000 m3/ngđ (23%) được cấp nước nhà máy nước
mặt Sông Đà và còn lại 764.637 m3/ngđ (77%) sử dụng nước ngầm. Hiện nay,
thành phố Hà Nội mới cấp được khoảng 4,2 triệu người (60%), trong đó 3,2 triệu
người (45,7%) sử dụng nước ngầm và 1 triệu người (14,2%) sử dụng nước mặt [6].

Tuy nhiên 17% lượng nước ngầm đang khai thác bị ô nhiễm amoni ở nhiều mức độ
khác nhau tập trung chủ yếu khu vực phía Nam và Tây Nam Hà Nội.
Theo quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước ăn uống (QCVN
01:2009/BYT), hàm lượng amoni trong nước sạch cần đạt ở mức  3 mg/L(2,3
mgN/L); nitrit  3 mg/L(0,91 mgN/L); nitrat  50 mg/L(11,3mgN/L). Kết quả khảo
sát của Liên đoàn địa chất thủy văn - Địa chất công trình miền Bắc cho thấy hàm
lượng amoni trong nước ngầm ở Hà Nội đã vượt tiêu chuẩn cho phép nhiều lần, có
những nơi cao gấp 10 lần [19]. Đặc biệt khu vực phía Nam và Tây Nam thành phố
Hà Nội bị ô nhiễm amoni (NH 4+) với hàm lượng rất cao, từ 5-25 mg/l (3,8-20
mgN/l) cụ thể là các nhà máy nước trong khu vực nội thành như Pháp Vân, Hạ
Đình, Tương Mai, Hà Đông cơ sở 1 và cơ sở 2, Kim Liên; Nam Dư và khu vực
ngoại thành bao gồm các huyện Thanh trì, Phú Xuyên, Thanh Oai, Ứng Hòa,
Thường Tín và Từ Liêm.
Sự lo ngại lớn nhất về vấn đề amoni là các sản phẩm trung gian như hợp
chất nitrit và nitrat được hình thành từ amoni trong quá trình xử lý và sử dụng nước
cấp cho ăn uống và sinh hoạt theo cơ chế sau: Trong quá trình xử lý nước, trong


các bể lọc luôn luôn được hình thành một cách tự nhiên các vi khuẩn
Nitrosomonas. Các vi khuẩn này chuyển hoá một phần amoni trong nước ngầm
thành các sản phẩm trung gian là nitrit. Nếu có đủ điều kiện, dưới tác dụng của một
loại vi khuẩn khác cũng được hình thành một cách tự nhiên trong bể lọc là
Nitrobacter, các sản phẩm trung gian nitrit tiếp tục được chuyển hoá thành nitrat.
Trong khi chưa đủ cơ sở để đánh giá mức độ và hướng tác hại của amoni lên cơ thể
con người thì tác hại của sản phẩm có nguồn gốc từ amoni là nitrit NO 2-, nitrat
NO3- lại được biết rõ. Các chất nitrit NO 2- và nitrat NO3- là các tác nhân gây nên sự
phá hoại hồng cầu ở trẻ em và có thể là tác nhân gây bệnh ung thư.
Để thiết lập được công nghệ xử lý có khả năng hoạt động ổn định với hiệu
suất cao, phù hợp với đặc điểm sản xuất tại các vùng miền ở Việt Nam, việc nghiên
cứu quá trình động học nitrat hóa và khử nitrat (hai quá trình cơ bản của công nghệ

tách loại amoni trong nước xử lý ngầm) sẽ cung cấp những dữ kiện nền tảng cho
mục đích trên.
Công nghệ xử lý amoni trong nước ngầm thích hợp cho hoàn cảnh kinh tế và
đặc thù sản xuất nước sạch trong điều kiện của Việt Nam đòi hỏi các tiêu chí:
Hiệu quả xử lý cao (lưu lượng xử lý lớn trên một đơn vị công suất thiết bị).
Vận hành đơn giản và chi phí thấp.
Dễ nhân rộng và triển khai ngoài thực tế.
Một trong những công nghệ hiếm hoi có thể đáp ứng các tiêu chí đòi hỏi trên
là công nghệ màng vi sinh chuyển động (Moving Bed Biofilm Reactor – MBBR).
Đó là công nghệ sử dụng màng vi sinh bám trên chất mang, chất mang chuyển
động trong nước khi hoạt động. Hiệu quả xử lý của nó chỉ thấp hơn dạng kỹ thuật
lưu thể (fluidized bed reactor), cao hơn nhiều so với các kỹ thuật khác, bù lại vận
hành nó đơn giản hơn nhiều so với kỹ thuật tầng lưu thể (đòi hỏi trình độ tự động
hóa cao) và không cần thiết phải có thêm công đoạn lắng.
Phần lớn vật liệu và thiết bị liên quan đến công nghệ tầng vi sinh chuyển
động đều dễ tìm kiếm, sản xuất trong nước.
Từ thực tiễn nêu trên, Đề tài “Nghiên cứu, ứng dụng xử lý amoni trong nước
ngầm trên hệ thiết bị sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động” được lựa chọn


cho luận án tiến sĩ này.
2. MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
2.1. Mục tiêu nghiên cứu
- Nghiên cứu xử lý amoni trong nước ngầm vùng Hà Nội với hàm lượng nhỏ
hơn 25mg/L (20mgN/L) bằng quá trình Nitrat hóa (Nitrification) và khử Nitrat
(Denitrification) đồng thời trong thiết bị sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động
(MBBR) với vật liệu mang dạng xốp (DHY) có diện tích bề mặt cao khoảng 6.0008.000 m2/m3, độ xốp lớn và trọng lượng nhẹ dễ chuyển động trong nước, trong điều
kiện không bổ sung cơ chất.
- Nghiên cứu thiết kế thiết bị xử lý sử dụng vật liệu mang vi sinh DHY dưới
dạng tích hợp bao gồm bể MBBR và bể lọc tự rửa DHK để xử lý amoni trong nước

ngầm đảm bảo tiêu chuẩn nước sạch cấp cho sinh hoạt và ăn uống với hiệu quả cao,
phù hợp với khả năng đầu tư và điều kiện vận hành ở Việt Nam.
2.2. Nội dung nghiên cứu
(1) Thu thập số liệu và khảo sát hiện trạng khai thác, dây chuyền công nghệ
xử lý của các nhà máy nước (NMN) trong vùng Hà Nội để đánh giá tổng quan về
chất lượng nước ngầm, về ô nhiễm amoni và các yếu tố ảnh hưởng như: pH, nhiệt
độ, độ kiềm, chất hữu cơ, phốt pho và đánh giá hiệu quả xử lý amoni của các dây
chuyền hiện nay.
(2) Nghiên cứu tổng quan các phương pháp xử lý amoni trong nước và thế
giới phân tích ưu nhược điểm và đưa ra các vấn đề còn tồn tại.
(3) Nghiên cứu tổng quan về xử lý amoni bằng phương pháp vi sinh để hiểu
được cơ chế xử lý, các loại vi sinh vật, yếu tố ảnh hưởng và các mô hình động học
phản ứng làm cơ sở lựa chọn mô hình thí nghiệm, phân tích đánh giá các kết quả
thu được trên mô hình thí nghiệm và mô hình thử nghiệm hiện trường.
(4) Nghiên cứu tổng quan về màng vi sinh và các công trình sử dụng kỹ
thuật màng vi sinh, đánh giá ưu nhược điểm của từng loại màng, từng loại công
trình từ đó đề xuất vật liệu mang di động sử dụng cho thiết kế hệ thiết bị xử lý
amoni trong nước ngầm Hà Nội.
(5) Nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình phòng thí nghiệm: Thí nghiệm
theo mẻ và thí nghiệm liên tục để xác định các thông số động học như hệ số phân
hủy nội sinh kp (d-1), hiệu suất sinh khối Y (g SK/g N-NH4+), chỉ số bán bão
hòa


amoni Ks (mgN/L), hệ số tiêu thụ cơ chất k (µ/Y). Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng
đến quá trình nitrat hóa: amoni đầu vào, nồng độ ô xy (DO), mật độ vật liệu mang,
số ngăn bể phản ứng. Đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử nitrat đồng
thời trong môi trường hiếu khí, ảnh hưởng của nồng độ cơ chất và xây dựng
phương trình thực nghiệm cho tốc độ khử nitrat riêng (U)
(6) Nghiên cứu thiết kế và xây dựng mô hình tích hợp dạng modul cho hệ

thiết bị sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động với vật liệu dạng xốp DHY tại
hiện trường, chạy thử để kiểm chứng các thông số động học và xây dựng bộ số liệu
cho việc tính toán thiết kế.
3. PHẠM VI VÀ ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN ÁN
3.1. Phạm vi
Nước ngầm vùng Hà Nội bị ô nhiễm amoni (NH 4+) với nồng độ nhỏ hơn 25
mg/L (20 mgN/L), bao gồm cả khu vực đô thị và nông thôn. Ngoài ra cũng có thể
áp dụng cho các NMN ở các vùng khác có nguồn nước bị ô nhiễm amoni bao gồm
cả nước mặt.
3.2. Đối tượng
- Vật liệu mang DHY với tiết diện bề mặt cao 6000-8000 m 2/m3 với quá
trình nitrat hóa và khử nitrat đồng thời trong điều kiện hiếu khí.
- Hệ thiết bị sử dụng vật liệu mang vi sinh chuyển động (MBBR) tích hợp bể
lọc tự rửa (DHK).
4. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
4.1. Phương pháp phân tích tài liệu thứ cấp
- Thu thập các số liệu về hàm lượng amoni có trong nước ngầm.
- Đánh giá về chất lượng nước sau xử lý cho chỉ tiêu amoni, nitrit, nitrat
- Tình hình nghiên cứu kỹ thuật mang vi sinh chuyển động (MBBR) xử lý
amoni trong nước và trên thế giới.
4.2. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
- Tiến hành xây dựng 2 loại mô hình thí nghiệm: Thí nghiệm theo mẻ và thí
nghiệm liên tục xử lý nitơ amoni với mẫu nước được mô phỏng từ chất lượng nước
ngầm thực tế với giới hạn nghiên cứu và biến động như sau:
+ Hàm lượng NH4+< 50mgN/L
+ Nhiệt độ giao động từ 25-30oC


+ Chất hữu cơ không đáng kể
+ Hàm lượng phốt pho giao động từ 0,5-1,5 mg/L

+ pH: 7,2-8,0
+ Độ kiềm trong khoảng từ 200-300 mg(CaCO3)/L
- Thí nghiệm theo mẻ: Đánh giá các ảnh hưởng của thời gian lưu, mật độ của
vật liệu mang, nồng độ ô xi, cơ chất và số lượng ngăn phản ứng từ đó đưa ra được
các thông số tối ưu cho quá trình nitrat hóa và khử nitrat.
- Thí nghiệm liên tục: Mô hình được thiết kế trên cơ sở các thông số đã tìm
được từ thí nghiệm theo mẻ để xác định các thông số động học cho quá trình nitrat
hóa và khử nitrat đối với vật liệu mang dạng xốp DHY.
- Thiết kế tích hợp bể MBBR và bể lọc tự rửa (DHK) với công suất 5m 3/h
vận hành xử lý amoni để kiểm chứng các thông số động học tìm được trong phòng
thí nghiệm tại địa điểm nghiên cứu hiện trường là NMN Yên Xá huyện Thanh Trì.
4.3. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
- Nghiên cứu về cơ sở lý thuyết quá trình xử lý amoni bằng các phương pháp
sinh học.
- Nghiên cứu cơ sở lý thuyết xử lý sinh học bằng phương pháp màng vi sinh
chuyển động (MBBR) với các loại vật liệu mang khác nhau.
4.4. Phương pháp phân tích
- Phân tích định lượng các thông số chất lượng nước: amoni, độ pH, độ
kiềm, COD, DO, photpho, chất hữu cơ đầu vào, đầu ra theo tiêu chuẩn TCVN và
ISO.
- Đánh giá chất lượng vật liệu mang vi sinh thông qua các chỉ tiêu như: Độ
bền cơ học, ảnh chụp mao quản, xác định diện tích bề mặt.
4.5. Phương pháp tính toán và xử lý số liệu
- Số liệu thu được từ các lần thí nghiệm (3 lần cho 1 thí nghiệm) sẽ được
tổng hợp so sánh để tìm ra giá trị đặc trưng mang tính đại diện cao nhất của kết quả
thí nghiệm.
- Giải các phương trình động học để xác định các biến số và phương trình
tuyến tính phù hợp.
- Sử dụng phương pháp tuyến tính hóa vẽ đồ thị để xác định các hằng số, hệ
số hoặc các giá trị để tính toán các thông số động học.

- Tính toán, tổng hợp các số liệu thu được một cách có hệ thống.
- Kết quả thu được từ mô hình pilot trong phòng thí nghiệm áp dụng tính
toán thiết kế pilot thực tế và tiến hành chạy thử. Kết quả thu được sẽ được so sánh
kiểm chứng và xây dựng các công thức tính toán thiết bị xử lý sử dụng màng vi
sinh chuyển động.
5. CÁC ĐÓNG GÓP CỦA LUẬN ÁN
5.1. Tính mới của luận án
- Vật liệu mang vi sinh dạng xốp DHY có tiết diện bề mặt cao, tích hợp quá
trình nitrat hóa và khử nitrat trong cùng một bể xử lý trong điều kiện hiếu khí.
- Quá trình khử nitrat không cần bổ sung cơ chất bên ngoài, sử dụng cơ chất
từ phân hủy nội sinh.
- Thiết kế thiết bị xử lý tích hợp bể MBBR với bể DHK dưới dạng modul để
loại bỏ amoni trong nước ngầm Hà Nội.
5.2. Tính thực tiễn của luận án
Thành phố Hà Nội có khoảng gần 1,2 triệu người đang phải sử dụng nguồn
nước ngầm bị ô nhiễm amoni chiếm khoảng 17% [8]. Tình trạng ô nhiễm amoni
trong nước ăn uống và sinh hoạt tiềm ẩn nhiều nguy cơ gây bệnh tật cho người.
5.3. Đóng góp khoa học của luận án
- Xác định các thông số động học cho hệ MBBR với vật liệu mang dạng xốp
DHY có tiết diện bề mặt cao cho việc xử lý amoni trong nước ngầm.
- Khẳng định khả năng tích hợp các quá trình nitrat hóa và khử nitrat trong
cùng một bể phản ứng, tại điều kiện hiếu khí hoàn toàn.
- Xây dựng được bộ thông số thiết kế cho hệ thiết bị xử lý amoni sử dụng kỹ
thuật màng vi sinh chuyển động (MBBR) với vật liệu mang dạng xốp DHY có tiết
diện bề mặt cao.
- Kết quả nghiên cứu của luận án còn làm phong phú thêm công nghệ xử lý
nước cấp tại Việt Nam.

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ XỬ LÝ AMONI TRONG NƯỚC NGẦM SỬ
DỤNG CÔNG NGHỆ MÀNG VI SINH CHUYỂN ĐỘNG
1.1. Tổng quan về hiện trạng sử dụng nước ngầm và ô nhiễm amoni vùng
Hà Nội
1.1.1. Địa chất thủy văn khu vực Hà Nội
Hà Nội nằm trên dải đứt gẫy của sông Hồng chạy dài theo hướng Tây Bắc Đông Nam, thuộc vùng trũng trong Châu thổ Sông Hồng. Khu vực Hà Nội có 4
thành tạo đất đá chứa nước là Halocen (qh), Pleistocen (qp), Neogen (N) và Trias
(T). Tầng chứa nước chủ yếu mà có thể khai thác công nghiệp là Pleistocen (qp)
với thành phần chủ yếu là cuội sỏi. Độ sâu tầng từ 22,5-54 m, trung bình là 38,5 m.
Chiều dày tầng chứa nước thay đổi từ 8-75 m, trung bình là 28 m.Lưu lượng khai
thác tại mỗi mỗi giếng khoan từ 80 m3/h (2000 m3/ngđ) đến 250 m3/h (6000
m3/ngđ).
Mặt cắt địa chất công trình dọc tuyến đê Hà Nội gồm 17 lớp đất khác nhau
về nguồn gốc, thành phần và có đặc tính địa chất công trình biến đổi phức tạp. Đặc
biệt là hệ tầng Thái Bình và hệ tầng Vĩnh Phúc, có đầy đủ các lớp trầm tích từ hạt
mịn đến thô, nằm đan xen không liên tục theo chiều dài tuyến đê [2].

Hình 1.1. Mặt cắt địa chất thủy văn khu vực Hà Nội [2]

1.1.2. Nguồn gốc amoni trong nước ngầm
Thông qua việc đánh giá hiện trạng nhiễm bẩn nguồn nước ngầm, từ đó xác
định nguồn gốc và nguyên nhân nhiễm bẩn các chất hữu cơ chứa amoni (NH 4+)
xuất phát từ các yếu tố sau:
Amoni (NH4+) có nguồn gốc từ sự phân hủy các hợp chất hữu cơ tự nhiên
trong đất và trong phân gia súc. Amoni trong nước cũng có thể có nguồn gốc từ quá
trình rơi lắng khô trong khí quyển, từ quá trình amoni hóa phân bón vô cơ, từ các


nguồn nước thải từ hệ thống vệ sinh không qua xử lý, chủ yếu là N-NH 4+. Ngoài ra,

nó còn có thể có nguồn gốc tự sinh, tức là sẵn có ngay tại nguồn mà không do từ
nơi khác xâm nhập vào (Ví dụ: khu vực Văn Điển có tầng trên sạch, tầng dưới lại
tồn tại NH4+). Có nghĩa là không phải do ngấm từ trên xuống hoặc nơi khác mang
đến vì nếu ngấm từ trên xuống thì bản thân tầng trên phải bị nhiễm bẩn trước mà do
từ quá trình trầm tích nguyên thủy đã có sự phân hủy hợp chất hữu cơ tại chỗ [3].
Nguồn nước ngầm được khai thác để cung cấp nước khu vực Hà Nội chủ
yếu là nguồn nước trong tầng trầm tích bở rời thuộc hai tầng chứa nước lỗ hổng
Holocen (qh) và tầng Pleistocen (qp), hai tầng chứa này có đặc điểm về địa chất là
tầng trầm tích có cấu tạo bở rời, đặc điểm về ĐCTV là chúng có quan hệ thủy lực
chặt chẽ với nước mặt (Sông ngòi, ao hồ) và thông qua các cửa sổ ĐCTV. Từ đặc
điểm về địa chất và ĐCTV của tầng chứa chúng ta có thể thấy những yếu tố bất lợi,
tạo điều kiện cho sự xâm nhập của các chất ô nhiễm vào tầng chứa nước.
1.1.3. Tác hại của amoni trong nước sinh hoạt
Tác hại của các hợp chất chứa nitơ đối với con người
- Các hợp chất chứa nitơ có thể tồn tại dưới dạng các hợp chất hữu cơ, nitrit,
nitrat và amoni. Amoni thực ra không quá độc đối với con người. Ở trong nước
ngầm, amoni không thể chuyển hóa được do thiếu oxi. Nhưng khi khai thác lên, vi
sinh vật trong nước nhờ oxi trong không khí chuyển amoni thành các nitrit ( NO2 ),
và nitrat (NO3-) tích tụ trong nước ăn. Các hợp chất chứa nitơ trong nước có thể gây
nên một số bệnh nguy hiểm cho cơ thể người sử dụng nước.
Trong những thập niên gần đây, nồng độ NO3- trong nước uống tăng lên
đáng kể. Nguyên nhân là do việc sử dụng phân đạm vô cơ tăng, gây rò rỉ

NO3

xuống nước ngầm. Hàm lượng NO3- trong nước uống tăng gây ra nguy cơ về sức
khỏe đối với cộng đồng. Bản thân NO3- không gây rủi ro cho sức khỏe, tuy nhiên
NO3- chuyển thành NO2- và gây độc. NO2- ảnh hưởng đến sức khỏe với hai khả
năng sau: chứng máu Methaemo-globin và bệnh ung thư.
- Chứng máu Methaemo-globinaemia: Đây là hội chứng xanh xao trẻ em

Methemo-globin hình thành là do sắt hoá trị 2 của hemoglobin (trong hồng cầu
bình thường) bị ô xi hoá thành sắt hoá trị 3 tạo thành methemo-globin không còn
khả năng vận chuyển oxy nữa dẫn đến hiện tượng thiếu ô xi trong máu và gây ra


tình trạng tím tái.
Trẻ sơ sinh đặc biệt nhạy cảm với nitrat lọt vào sữa mẹ hoặc qua nước dùng
để pha sữa. Sau khi đi vào cơ thể, nitrat được chuyển hóa nhanh thành nitrit nhờ vi
khuẩn đường ruột, ion nitrit còn nguy hiểm hơn nitrat đối với sức khỏe con người.
Khi tác dụng với các amin hay alkyl cacbonat trong cơ thể người chúng có thể tạo
thành các hợp chất chứa nitơ gây ung thư. Các nitrit tác động lên huyết sắc tố
Hemoglobin (Hb) có nhiệm vụ vận chuyển oxy, biến nó thành Methamoglobin
(Met-Hb) không có khả năng chuyển được oxy. Nhờ hệ men đặc biệt Met-Hb có
thể chuyển thành Oxy-Hemoglobin (Oxy-Hb). Ở trẻ nhỏ, Met-Hb không thể
chuyển thành Oxy-Hb vì ở trẻ sơ sinh hệ men cần thiết chưa phát triển đầy đủ. Ở
trẻ sơ sinh, nước dạ dày ít, các khuẩn tạo ra nhiều nitrit. Mặt khác, dạ dày trẻ em sơ
sinh kém axit nên không ngăn cản được nitrat chuyển hóa thành nitrit. Kết quả là
một lượng lớn nitrit chiếm lấy huyết sắc tố và biến thành Met-Hb, mất khả năng
vận chuyển oxy đến mô, làm trẻ xanh xao, bệnh tật, ốm yếu, thiếu máu, khó thở do
thiếu oxy tổng máu (bệnh Blue Babay). Đến một giai đoạn nào đó khi nhiễm amoni
nặng sẽ gây ngộp thở và tử vong nếu không cấp cứu kịp thời [55].
Tổ chức Y tế thế giới (WHO) cũng như các tiêu chuẩn của Bộ Y tế Việt Nam
đã đề ra mức giới hạn 3 và 50mg/L đối với nitrit và nitrat tương ứng nhằm ngăn
ngừa bệnh mất sắc tố máu (methaemoglobinaemia) đặc biệt đối với trẻ sơ sinh dưới
3 tháng tuổi [58].
- Bệnh ung thư: Đối với người lớn, NO2- kết hợp với các amin và axit amin
trong thực phẩm làm thành một họ chất Nitrosamin hay Nitrosamit. Các hợp chất
này có thế gây tổn thương di truyền tế bào, đột biến gien là nguyên nhân gây bệnh
ung thư. Những thí nghiệm cho NO 2- vào thức ăn, nước uống của chuột thỏ với
hàm lượng vượt ngưỡng cho phép thì sau một thời gian thấy những khối u sinh ra

trong gan, phổi, vòm họng và dạ dầy của chúng.
Tác hại của các hợp chất chứa Nito đối với sản xuất
Amoni có mặt trong nước ngầm làm giảm hiệu quả của khâu khử trùng bằng
clo, do nó phản ứng với clo để tạo thành các cloramin, có tác dụng sát khuẩn yếu
hơn nhiều so với clo (khoảng 1000 lần). Ngoài ra, nó còn làm giảm khả năng xử lý
sắt, mangan bằng công nghệ truyền thống [11].
Amoni là nguồn dinh dưỡng, tạo điều kiện cho các vi sinh vật nước, kể cả


tảo, phát triển nhanh, làm ảnh hưởng đến chất lượng nước thương phẩm, đặc biệt là
độ trong, mùi, vị trong nước.
1.1.4. Hiện trạng sử dụng nước ngầm thành phố Hà Nội
Hiện nay tổng công suất cấp nước tập trung của hệ thống cấp nước đô thị Hà
Nội năm 2014 đạt trung bình khoảng trên 994.637 m 3/ngđ, trong đó công suất khai
thác nước ngầm chiếm khoảng 77% còn lại là nguồn nước mặt [6].
Bảng 1.1. Hiện trạng công suất khai thác nước mặt và nước ngầm [6]
Công suất (m3/ngđ)

STT

Các nhà máy nước

A

Nhà máy nước mặt

300.000

230.000

B

Nhà máy nước ngầm

784.5.500

764.637

I

Khu vực phía Bắc sông Hồng

128.000

117.170

II

Khu vực phía Nam sông Hồng

541.500

559.467

III

Khu vực phía Tây Hà Nội

20.000

18.000

IV

Khu vực nông thôn

45.000

40.000

V

Các trạm nhỏ lẻ

50.000

30.000

C

Tổng cộng

1116.500

994.637

Công suất thiết kế Công suất khai thác

- Toàn bộ thành phố Hà nội với dân số khoảng trên 7 triệu người [1] bao
gồm cả dân số đô thị và nông thôn. Tỷ lệ được cấp nước sạch đến năm 2014 đạt

60% với khoảng 4,2 triệu người được sử dụng nước sạch.
- Tổng cộng hiện nay đang cấp nước cho Thành phố Hà nội 994.637 m 3/ngđ
trong đó nước ngầm là 764.637 m 3/ngđ chiếm khoảng 77%. Riêng sản lượng khai
thác nước ngầm cung cấp cho khoảng 3,2 triệu người dân chủ yếu cho khu vực nội
thành cũ.
- Khu vực phía Nam thành phố là nơi tập trung khai thác nước ngầm lớn
nhất chiếm đến 77% sản lượng khai thác, khu vực phía Bắc chiếm 15,3%, trong khi
cả khu vực nông thôn rộng lớn chỉ khai thác có 5,2%, còn lại các riếng nhỏ lẻ là
2,5%.
Ngoại trừ nhà máy nước sông Đà sử dụng nguồn nước mặt, còn lại các nhà
máy và trạm cấp nước của Hà Nội đều sử dụng nguồn nước ngầm. Nước thô khai
thác từ các giếng khoan và được bơm tập trung về các nhà máy xử lý làm sạch. Các


nhà máy xử lý nước ngầm ở Hà Nội có dây chuyền công nghệ xử lý cơ bản như
sau:
Nước thô giếng khoan  Làm thoáng  Lắng tiếp xúc  Lọc nhanh 
Khử trùng bằng Clo  Bể chứa  Trạm bơm tăng áp  Mạng lưới tiêu thụ.
Cơ bản các nhà máy xử lý nước đã xử lý triệt để sắt, mangan đảm bảo đạt
tiêu chuẩn nước sử dụng cho ăn uống và sinh hoạt, ngoại trừ chỉ tiêu amoni còn
một số nhà máy chưa đạt tiêu chuẩn.
Bảng 1.2. Chất lượng nước trước và sau xử lý của các NMN ngầm do công ty nước
sạch Hà Nội quản lý [10]
Chất lượng nước trước và sau xử lý
pH

Nhà máy nước

Fe tổng, mg/L

+

NH4 , mg/L

Trước

Sau

Trước

Sau

Trước

Sau

NMN Yên Phụ

6,0-7,1

7,05-7,54

2,7-7,5

0,01-0,05

0,5-2,2

0,20-0,35

NMN Ngô Sĩ Liên

6,5-7,0

6,79-7,46

1,2-4,5

0,01-0,25

0,2-4,0

0-0,25

NMN Lương Yên

6,7-6,9

6,99-7,68

0,6-1,4

0,05-0,15

0,1-0,5

0,06-0,35

NMN Ngọc Hà
NMN Mai Dịch

NMN Cáo Đỉnh
NMN Pháp Vân
NMN Tương Mai
NMN Hạ Đình
NMN Nam Dư
NMN Gia Lâm
NMN Đông Anh
NMN Bắc Thăng
Long
QCVN
01:2009/BYT

6,1-6,7
6,2-6,7
6,3-6,5
6,3-6,8
6,5-6,9
6,9-7,0
6,9-7,0
6,5-6,8
6,5-6,9

6,80-7,25
6,81-7,76
7,23-7,50
7,18-7,58
6,97-7,41
6,86-7,39
7,65-7,71
6,76-7,15

6,97-7,1

0,8-1,9
0,4-2,1
8,3-10,5
8,0-10,3
9,5-13
12,7-16
6,7-7,1
0,6-3,7
6,5-8,5

0-0,05
0,01-0,15
0,05-0,15
0,15-0,28
0,2-0,3
0,15-0,3
0,02-0,1
0,02-0,1
0,2

0-0,6
0-0,2
0,1-0,3
15-30
10-15
12-15
3,9-5,1
0,2-0,8

1,0-2,0

0-0,02
0-0,03
0,05-1
20,16-25,6
3,70-10,0
7,21-13,6
0-0,12
0,02-0,5
0,64

6.7-6,8

7,05-7,2

6,5-8,5

0,18

0,2-4,0

0,05

6,5-8,5

≤ 0,3

≤3

Bảng 1.2 tổng hợp số liệu từ các nhà máy nước khu vực nội thành Hà Nội,
các chỉ tiêu đánh giá là các chỉ tiêu khá phổ biến và tiêu biểu có mặt trong nước.
Hầu như chất lượng nước ngầm sau xử lý của các NMN tại Hà Nội đảm bảo chất
lượng, tuy nhiên cũng có một vài trạm có hàm lượng amoni khá cao như Pháp Vân
(20,16-25,60); Tương Mai (3,70-10,08); Hạ Đình (7,21-13,65).
Tính đến thời điểm năm 2014, tình trạng ô nhiễm này vẫn chưa được khắc
phục, mặc dù đã có rất nhiều các công trình nghiên cứu và thử nghiệm của các


chuyên gia tại các nhà máy nước nhưng chưa có một đề xuất hữu hiệu và phù hợp
cho vấn đề này, và khu vực này đã trở thành những điểm nóng về amoni.
Do sử dụng dây chuyền xử lý thông thường được áp dụng với cả Hà Nội,
không có hạng mục xử lý amoni nên hàm lượng amoni sau xử lý chỉ giảm khoảng
10-20%. Với tổng công suất của 3 NMN nêu trên đang khai thác 69.000 m 3/ngđ thì
có khoảng 460.000 người đang sử dụng nước có nhiễm amoni vượt quá
tiêu chuẩn cho phép.
Bảng 1.3. Chất lượng nước trước và sau xử lý của các NMN ngầm do công ty nước
sạch Hà Đông và Sơn Tây quản lý [10]
Chất lượng nước trước và sau xử lý
pH

Nhà máy nước

Fe (mg/L)

Mn (mg/L)

NH4+(mg/L)

Trước

Sau

Trước

Sau

Trước

Sau

Trước

Sau

NMN Hà Đông 1

6,77-6,87

7,1-7,3

16,50

0,06

0,21

0,053

8,25

6,5

NMN Hà Đông 2

6,69-7,2

7,1-7,5

17,5

0,17

0,26

0,004

15,3

13,46

NMN Sơn Tây 1

6,57-6,8

7,0-7,2

8,05

0,22

0,26

0,03

7,35

6,45

NMN Sơn Tây 2

6,7-7,1

7,2-7,5

7,85

0,18

0,30

0,05

7,40

6,56

Như vậy, tại các NMN Hà Đông cơ sở 1 và cơ sở 2, chất lượng nước đầu ra
sau quá trình xử lý nước ngầm cũng chưa đạt tiêu chuẩn, có những thời điểm lượng
amoni trong nước cấp lớn hơn 10 mg/L.

Tổng công suất từ NMN Hà Đông cơ sở 1, cơ sở 2 là 52.000 m 3/ngđ và tổng
công suất NMN Sơn Tây là 18.000 m3/ngđ thì có khoảng 460.000 số người sử dụng
nước bị nhiễm amoni.
Tổng hợp chất lượng nước sau xử lý của các trạm cấp nước nông thôn cho
thấy trong số 73 trạm hoạt động thì có đến 43 trạm có chỉ tiêu amoni không đạt yêu
cầu, 47 trạm có chỉ số độ ô xy hóa vượt quá triêu chuẩn cho phép do các trạm này
được xây dựng theo công nghệ cũ nên công trình cũng chỉ xử lý được sắt, mangan.
Cụ thể, chỉ tiêu amoni các trạm ở các khu vực như: Thanh Trì (29 trạm); Phú
Xuyên (2 trạm); Thanh Oai (2 trạm); Ứng Hòa (6 trạm) và một vài khu vực khác
[10].