Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp lọc sinh học tt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM

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

LÊ CAO KHẢI

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC
BẰNG PHƯƠNG PHÁP KEO TỤ ĐIỆN HÓA
KẾT HỢP LỌC SINH HỌC
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số: 9.52.03.20

TÓM TẮT
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

Hà Nội, 2019


Luận án được hoàn thành tại: Học viện Khoa học và Công nghệ Viện Hàn lâm khoa học và Công nghệ Việt Nam
-----------------------------

Người hướng dẫn khoa học:
1. PGS.TS. Trịnh Văn Tuyên
2. TS. Lê Thanh Sơn

Phản biện 1:
Phản biện 2:

Phản biện 3:

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Học
viện, họp tại Học viện Khoa học và Công nghệ - Viện Hàn lâm khoa học
và Công nghệ Việt Nam vào hồi …..giờ…….ngày…..tháng …..năm…..

Có thể tìn hiểu luận án tại:
- Thư viện Quốc gia Việt Nam
- Thư viện Học viện Khoa học và Công nghệ


1
MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài:
Hiện nay cùng với sự phát triển của xã hội đời sống của nhân dân dần
được cải thiện và nhu cầu tiêu dùng ngày càng tăng, dẫn đến lượng rác thải sinh
ra ngày càng nhiều, đặc biệt là rác thải sinh hoạt (RTSH) tính trung bình mỗi
năm tăng khoảng 12%. Lượng RTSH tăng dần theo thời gian dẫn đến lượng
nước rỉ rác (NRR) sinh ra ngày càng tăng. NRR sinh ra từ các bãi chôn lấp cũng
như phát sinh tại trạm trung chuyển có mức độ ô nhiễm cao với chỉ số COD lên
đến 70000 mg/l, chất rắn hòa tan tới 50000 mg/l, tổng chất rắn lơ lửng đến 2000
mg/l và hàm lượng nitơ cao tới hơn 3000 mg/l, ... NRR bốc mùi hôi nặng lan
tỏa nhiều kilomet, có thể ngấm xuyên qua mặt đất làm ô nhiễm nguồn nước
ngầm và dễ dàng gây ô nhiễm nguồn nước mặt. Do đó, ô nhiễm môi trường bởi
NRR từ lâu đã là vấn đề nan giải, được sự quan tâm đặc biệt trong công tác bảo
vệ môi trường.
Mặc dù theo quy định mỗi bãi chôn lấp rác đều có hệ thống xử lý NRR
nhưng những phương pháp xử lý NRR đã và đang được áp dụng tại hầu hết các
bãi chôn lấp (BCL) ở nước ta vẫn còn bộc lộ rất nhiều nhược điểm như: chất
lượng nước sau xử lý thường không đạt tiêu chuẩn xả thải, đặc biệt là hai chỉ

tiêu COD và nitơ (QCVN25 :2009/BTNMT, cột B), hoặc xử lý được nhưng tiêu
tốn nhiều hóa chất, chi phí xử lý rất cao, khó vận hành hệ thống xử lý, ...
Nguyên nhân là do NRR có thành phần rất phức tạp và thay đổi theo thời gian
vận hành của BCL. Việc lựa chọn các công nghệ xử lý chưa phù hợp đã dẫn
đến nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn môi trường thải ra sông, rạch vẫn còn rất hạn
chế trong khi lượng NRR tại các bãi chôn lấp thì tiếp tục tăng lên. Do đó, vấn
đề tìm ra công nghệ thích hợp để có thể xử lý hết lượng NRR phát sinh hàng
ngày, cải tạo lại các hệ thống xử lý NRR đang hoạt động và trang bị cho các bãi
chôn lấp mới là nhu cầu hết sức bức thiết.
Phương án kết hợp quá trình keo tụ điện hóa (EC) với quá trình lọc sinh
học (BF) là một trong những giải pháp có nhiều triển vọng để tăng hiệu quả xử
lý NRR. Khác với quá trình keo tụ hóa học, phải sử dụng lượng lớn các chất
keo tụ, do đó tiêu tốn nhiều hóa chất và lượng bùn cặn tạo ra nhiều, quá trình
EC có khả năng loại bỏ hiệu quả các kim loại nặng, các hợp chất chứa phốt pho,
hợp chất phenol, hydrocacbon và một vài chủng vi sinh vật gây bệnh,... là
những thành phần khó phân hủy bằng phương pháp sinh học hoặc độc hại với
các vi sinh vật sử dụng trong các quá trình sinh học. Ngoài ra, quá trình này
cũng dễ dàng tự động hóa và giảm thiểu sử dụng hóa chất do đó làm giảm
lượng bùn cặn sinh ra. Trong khi đó, quá trình BF có hiệu suất xử lý các hợp
chất lơ lửng (TSS), nitơ tổng (TN) và BOD5 cao. Đặc biệt quá trình BF trên giá
thể hữu cơ rẻ tiền như than bùn, vỏ gỗ, chất dẻo có năng suất xử lý cao hơn các
quá trình BF thông thường do các giá thể hữu cơ rất xốp, có diện tích bề mặt
riêng lớn, có thể hấp thu một lượng lớn vi sinh vật khu trú trên đó, đồng thời
các quá trình hóa lý khác cũng tham gia vào quá trình xử lý, dẫn đến quá trình


2
khử nitrat diễn ra rất mạnh. Việc kết hợp 2 công nghệ này cho phép tối ưu hóa
quá trình xử lý NRR, nước sau xử lý có thể đạt QCVN25:2009/BTNMT cột B2.
Trước thực trạng trên việc nghiên cứu thành công và đưa vào ứng dụng

công nghệ EC kết hợp với phương pháp sinh học là hết sức cần thiết cho xử lý
NRR. Chính vì lý do trên tôi chọn đề tài Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng
phương pháp keo tụ điện hóa kết hợp lọc sinh học.
2. Mục tiêu nghiên cứu:
Luận án đặt ra mục tiêu nắm bắt được các công nghệ tiên tiến để xử lý
NRR, đặc biệt trong đó là công nghệ EC, BF và sử dụng kết hợp 2 công nghệ
này. Thông qua nghiên cứu, luận án mong muốn đạt được các mục tiêu sau:
1/ Xác định điều kiện thích hợp cho xử lý COD, amoni, TSS và độ màu
trong NRR bằng EC.
2/ Xác định điều kiện thích hợp cho xử lý COD, amoni, TSS và độ màu
trong NRR sau quá trình xử lý EC bằng BF.
Nhiệm vụ của luận án là nghiên cứu quá trình EC kết hợp với quá trình BF để tăng
hiệu quả xử lý NRR, đảm bảo quy chuẩn môi trường QCVN25:2009/BTNMT cột B2.
3. Nội dung nghiên cứu:
Giai đoạn xử lý NRR bằng EC
1/ Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của các thông số: mật độ dòng, thời
gian điện phân, pH, khoảng cách điện cực đến quá trình xử lý COD, amoni,
TSS và độ màu trong NRR bằng điện cực sắt và bằng điện cực nhôm.
Giai đoạn xử lý NRR bằng BF sau quá trình EC
2/ Thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của chế độ sục khí và tải lượng đầu vào đến
quá trình xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR sau quá trình xử lý EC bằng BF.
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

1.1. Tổng quan về nước rỉ rác
1.1.1. Đặc điểm, thành phần của nước rỉ rác
NRR được định nghĩa là bất cứ loại chất lỏng ô nhiễm nào trong rác thấm
qua các lớp rác của các ô chôn lấp và kéo theo các chất bẩn dạng lơ lửng, keo
hòa tan từ chất thải rắn thải ra trong hoặc ngoài bãi rác.
Thành phần NRR rất khác nhau phụ thuộc thành phần chất thải chôn lấp
và thời gian chôn lấp. Hàm lượng chất ô nhiễm trong NRR của bãi mới chôn

lấp chất thải rắn cao hơn rất nhiều so với BCL chất thải rắn lâu năm. Vì trong
BCL lâu năm hàm lượng chất hữu cơ dễ phân hủy bị phân hủy gần hết. Nước
rác BCL mới, thường có pH thấp nhưng hàm lượng COD, BOD5, chất dinh
dưỡng, TDS và kim loại nặng rất cao. Trái ngược với BCL mới nước rác bãi
chôn lấp lâu năm thường có pH cao (do quá trình metan hóa tăng lên) và hàm
lượng COD, BOD5, chất dinh dưỡng, TDS và kim loại nặng lại giảm vì hầu hết
các kim loại chuyển sang trạng thái kết tủa khi pH tăng. Đặc biệt, nước rác BCL
lâu năm chứa nhiều hợp chất cao phân tử nhiều hóa chất độc hại vừa gây màu
tối vừa có mùi khó chịu rất khó phân hủy bằng phương pháp sinh học.


3
1.1.2. Tác động của nước rỉ rác đến môi trường và con người
NRR có nồng độ các chất ô nhiễm cao như: COD = 2000 – 70000 mg/l,
BOD = 1200 – 27000 mg/l và nhiều chất độc hại khác khi thấm vào đất gây ô
nhiễm nguồn nước ngầm, thoát vào hệ thống nước mặt gây ô nhiễm nguồn nước
mặt. Mùi bốc lên từ NRR gây ô nhiễm môi trường không khí. Như vậy khi
NRR phát tán vào môi trường sẽ gây ô nhiễm môi trường nặng nề và ảnh hưởng
tới sức khỏe cộng đồng.
1.2. Tổng quan quá trình keo tụ điện hóa
Cơ chế của quá trình keo tụ điện hóa
“EC là phương pháp điện hóa học để xử lý nước bị ô nhiễm, sử dụng
dòng điện một chiều để ăn mòn điện cực dương (thường là nhôm hoặc sắt) để
giải phóng ra các chất có khả năng keo tụ (thường là ion nhôm hoặc ion sắt) vào
dung dịch”.
Khi điện phân điện cực kim loại xảy ra các quá trình sau:
M → Mn+ + neCác cation kim loại tạo ra kết hợp với các ion OH- có mặt trong nước tạo
thành các hydroxit kim loại theo các phương trình phản ứng sau:
Mn+ + nOH- → M(OH)n
1.3. Tổng quan về lọc sinh học

1.3.1. Cơ chế của quá trình lọc sinh học
BF là kỹ thuật sử dụng màng vi sinh hình thành trên một chất mang dạng
rắn. Chất mang có thể có vị trí cố định trong một thiết bị phản ứng và dòng chất
lỏng tạo thành màng mỏng chảy trên bề mặt lớp màng vi sinh trong kỹ thuật lọc
nhỏ giọt; màng vi sinh tiếp xúc gián đoạn luân phiên với pha khí và lỏng thông
qua biện pháp gắn với một trục quay như trong đĩa quay sinh học; chất mang có
vị trí cố định trong một tầng ngập trong nước và nước chứa tạp chất chảy qua
tầng vật liệu trong cột BF.
1.3.2. Cơ sở lí thuyết của các quá trình sinh học xử lý nitơ trong nước thải
Xử lý nitơ trong nước thải thường được điễn ra qua hai giai đoạn. Giai
đoạn 1 là quá trình chuyển hóa amoni thành nitrat (nitrat hóa). Giai đoạn thứ 2
là quá trình khử nitrat thành nitơ bay lên (khử nitrat).
1.3.3. Kết hợp các phương pháp trong xử lý nước rỉ rác
Theo Wiszniowski và cộng sự (2006) đã chỉ ra rằng để xử lý NRR đáp
ứng yêu cầu về tiêu chuẩn xả thải cần phải kết hợp nhiều phương pháp để xử lý
triệt để NRR. Chủ yếu là sự kết hợp của 3 phương pháp là vật lý, hóa học và
sinh học. Đã có nhiều công trình chỉ ra tính hiệu quả của sự kết hợp các phương
pháp trong xử lý NRR. Dưới đây chỉ đề cập tới sự kết hợp phương pháp EC và BF
xử lý NRR:
Hiện nay, mới có 2 công trình nghiên cứu kết hợp EC với BF xử lý NRR.
Một công trình là kết hợp BF trước sau đó EC điện cực magie. Một công trình
là kết hợp EC điện cực nhôm trước sau đó là quá trình BF. Cả hai công trình
này kết quả đều cho thấy tính hiệu quả của sự kết hợp EC và BF trong xử lý


4
NRR. Tuy nhiên cần phải có các nghiên cứu tiếp theo về sự kết hợp này với quá
trình EC bằng các loại điện cực khác để tìm ra các điều kiện thích hợp cho quá
trình xử lý NRR với hiệu suất cao và chi phí vận hành thấp. Chính vì vậy,
hướng mới mà luận án tập trung nghiên cứu xử lý NRR với sự kết hợp quá trình

EC điện cực sắt với BF. Luận án cũng nghiên cứu so sánh hiệu quả xử lý NRR
của quá trình EC điện cực sắt với quá trình EC điện cực nhôm.
Cho nên nghiên cứu xử lý NRR bằng EC kết hợp BF là hướng được lựa
chọn trong luận án này.
CHƯƠNG 2. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

2.1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
2.1.1. Đối tượng nghiên cứu
Chất ô nhiễm trong NRR (đánh giá thông qua các thông số COD, amoni,
TSS, độ màu).
NRR dùng trong nghiên cứu được lấy tại hồ sinh học Khu liên hiệp xử lý
chất thải rắn Nam Sơn – Sóc Sơn – Hà Nội mang về bảo quản lạnh ở 4oC.
2.1.2. Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu xử lý các chất ô nhiễm trong NRR bằng phương pháp EC kết
hợp BF quy mô phòng thí nghiệm.
Sơ đồ khối của hệ thống nghiên cứu xử lý NRR trong phòng thí nghiệm thể
hiện ở hình 2.1.

Hình 2.1. Sơ đồ xử lý NRR bằng phương pháp EC kết hợp BF


5
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.2. Phương pháp thực nghiệm keo tụ điện hóa
Các thí nghiệm được thực hiện nhằm tìm ra các điều kiện thích hợp về
mật độ dòng, thời gian điện phân, pH, khoảng cách điện cực để xử lý NRR.
2.2.3. Phương pháp thực nghiệm lọc sinh học
Các thí nghiệm được thực hiện nhằm tìm ra các điều kiện thích hợp về
chế độ sục khí, tải lượng đầu vào để xử lý NRR sau quá trình xử lý bằng EC
(đánh giá thông qua các thông số COD, amoni, nitrat, TSS, độ màu).

CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN

3.1. Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng keo tụ điện hóa
Hiện nay, EC được sử dụng để xử lý môi trường nước. Với NRR có
COD, BOD, amoni, TSS và độ màu cao thì phương pháp EC là một phương
pháp mới, hiệu quả cao trong xử lý các chất trên.
- Đối với COD, TSS và chất màu được xử lý cơ bản theo cơ chế keo tụ
mà chất keo tụ được tạo ra từ quá trình điện phân.
- Đối với amoni được xử lý cơ bản theo cơ chế điện hóa, hấp phụ…
Để tăng cường hiệu quả xử lý bằng EC, các thông số như mật độ dòng,
thời gian điện phân, khoảng cách điện cực, vật liệu điện cực và pH của nước
thải cần được khảo sát và tìm được điều kiện tối ưu.
3.1.1. Ảnh hưởng của mật độ dòng và thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý
COD, amoni, TSS và độ màu với điện cực sắt

90

30

80

60
50
40

1,298 mA/cm2
2,597 mA/cm2
3,246 mA/cm2
3,896 mA/cm2
4,545 mA/cm2

5,194 mA/cm2

30
20
10
0

HiÖu suÊt xö lý amoni (%)

HiÖu suÊt xö lý COD (%)

25
70

20

15

1,298 mA/cm2
2,597 mA/cm2
3,246 mA/cm2
3,896 mA/cm2
4,545 mA/cm2
5,194 mA/cm2

10

5

0

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Thoi gian (phut)

Hình 3.1. Ảnh hưởng của mật độ
dòng và thời gian điện hóa đến
hiệu suất xử lý COD

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Thêi gian (phót)

Hình 3.2. Ảnh hưởng của mật độ dòng
và thời gian điện hóa đến
hiệu suất xử lý amoni


6
1,298 mA/cm2
2,597 mA/cm2
3,246 mA/cm2
3,896 mA/cm2
4,545 mA/cm2
5,194 mA/cm2

80

HiÖu suÊt xö lý ®é mµu (%)

HiÖu suÊt xö lý TSS (%)

40

30

20

10

60

40

1,298 mA/cm2
2,597 mA/cm2
3,246 mA/cm2
3,896 mA/cm2
4,545 mA/cm2
5,194 mA/cm2

20

0

0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

90

10

20

30

Thêi gian (phót)

40

50

60

70

80

90

Thêi gian (phót)

Hình 3.3. Ảnh hưởng của mật độ
Hình 3.4. Ảnh hưởng của mật độ dòng
dòng và thời gian điện hóa đến
và thời gian điện hóa đến
hiệu suất xử lý TSS
hiệu suất xử lý độ màu
Sự biến đổi pH trong quá trình EC được trình bày trong ở hình 3.5:
9.4
9.2
9.0

pH

8.8
8.6

1,298 mA/cm2
2,597 mA/cm2
3,246 mA/cm2
3,896 mA/cm2
4,545 mA/cm2
5,194 mA/cm2

8.4
8.2
8.0
7.8
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Thêi gian (phót)

Hình 3.5. Biểu đồ biến đổi pH của NRR trong quá trình EC theo thời gian
Bảng 3.1. Ảnh hưởng của thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý COD, amoni,
TSS và độ màu trong NRR (J = 3,896 mA/cm2)
Hiệu suất xử lý (%)
Thời gian phản ứng
(phút)
COD
Amoni
TSS
Độ màu
10
42,86
8,75
9,83
27,90
20
58,93
12,29
15,95
46,75
30
69,64
17,50
23,98
54,56
40

73,21
19,36
30,46
59,10
60
76,79
23,64
38,61
71,67
80
79,29
24,38
38,97
79,39
Ảnh hưởng của thời gian điện hóa từ 10 - 80 phút đến hiệu suất xử lý chất
ô nhiễm trong NRR với điều kiện J = 3,896 mA/cm2 thể hiện ở bảng 3.1.


7
Khi J = 3,896 mA/cm2 thì theo bảng 3.1 ta có thể lựa chọn thời gian điện
hóa 60 phút cho các nghiên cứu tiếp theo mặc dù với thời gian này hiệu suất
chưa phải là cao nhất, nhưng sau 60 phút hiệu suất tăng không nhiều.
Từ bảng 3.2 cho thấy, khi mật độ dòng tăng thì năng lượng điện tiêu thụ tăng.
Ở mật độ dòng J = 1,298 mA/cm2 (I = 1A) thì năng lượng điện tiêu thụ là 1,05
KWh/m3 NRR. Khi tăng J = 5,194 mA/cm2 (I = 4A) thì năng lượng điện tiêu thụ
tăng đến 24,67 KWh/m3 NRR. Ở mật độ dòng J = 3,896 mA/cm2 (I = 3A) thì năng
lượng điện tiêu thụ là 12,83 KWh/m3 NRR, khi tăng mật độ dòng lên 4,545 và
5,194 mA/cm2 thì năng lượng điện tiêu thụ tăng rất nhanh lên tương ứng đến 18,08
và 24,67 KWh/m3 NRR. Kết quả bảng 3.2 cũng cho thấy hiệu suất xử lý COD,
amoni, TSS và độ màu khi mật độ đòng điện J = 3,896 mA/cm2 thấp hơn không

nhiều so với J = 4,545 và 5,194 mA/cm2. Năng lượng tiêu thụ để xử lý 1 m3 NRR
với J = 5,194 mA/cm2 gần gấp đôi với J = 3,896 mA/cm2. Như vậy chọn mật độ
dòng đặt vào các điện cực J = 3,896 mA/cm2 là phù hợp về mặt năng lượng trong
khi đó hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu lại không thấp hơn mấy so với J
= 4,545 và 5,194 mA/cm2. Bảng 3.2. cho thấy, nếu chọn mật độ dòng < 3,896
mA/cm2 thì năng lượng điện tiêu thụ thấp nhưng hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS
và độ màu lại thấp hơn nhiều ở mật độ dòng J = 3,896 mA/cm2. Vậy mật độ dòng
đặt vào các điện cực J = 3,896 mA/cm2 được chọn cho các nghiên cứu tiếp theo.
Bảng 3.2. Năng lượng tiêu thụ và hiệu suất xử lý
COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR (thời gian điện phân 60 phút)
Cường
Năng
Hiệu
Hiệu
Hiệu
Hiệu
Hiệu
độ
Mật độ
lượng
suất
suất
suất suất xử
điện
dòng
dòng
tiêu thụ
xử lý
xử lý xử lý
lý độ

thế
2
3
điện (mA/cm )
(KWh/m COD amoni TSS
màu
(V)
(A)
NRR)
(%)
(%)
(%)
(%)
1,0
1,298
1,9
1,05
53,33 14,03
6,85
42,2
2,0
2,597
4,4
4,89
62,50 15,03 20,79
56,5
2,5
3,246
5,5
7,64

69,64 18,32 26,57
59,6
3,0
3,896
7,7
12,83
76,79 23,64 38,61
71,67
3,5
4,545
9,3
18,08
78,71 24,32 39,04
74,27
4,0
5,194
11,1
24,67
80,36 24,99 40,16
74,91
Kết hợp giữa hiệu suất xử lý ở bảng 3.1 và năng lượng tiêu thụ ở bảng 3.2
chọn thời gian điện hóa 60 phút cho các nghiên cứu tiếp theo.
3.1.2. Ảnh hưởng pH ban đầu của nước rỉ rác đến hiệu suất xử lý COD, amoni,
TSS và độ màu với điện cực sắt
Giá trị pH là một trong các yếu tố ảnh hưởng rất quan trọng đến hiệu suất
xử lý của quá trình EC.
Kết quả nghiên cứu luận án cũng cho thấy, tại môi trường trung tính (pH =
7 - 8) hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu đều đạt hiệu suất cao nhất.
Cụ thể ở bảng 3.3:

8
35

70

30

HiÖu suÊt xö lý amoni (%)

HiÖu suÊt xö lý COD (%)

80

60
50
40
30
20
10

25

20

15

10

5

0
5

6

7

8

9

5

10

6

7

Hình 3.6. Ảnh hưởng của pH đến
hiệu suất xử lý COD

9

10

Hình 3.7. Ảnh hưởng của pH đến
hiệu suất xử lý amoni

60

100

55

90

HiÖu suÊt xö lý ®é mµu (%)

HiÖu suÊt xö lý TSS (%)

8

pH

pH

50
45
40
35
30
25
20
15
10
5

80

70
60
50
40
30
20
10
0

0
5

6

7

8

pH

9

10

5

6

7

8

9

10

pH

Hình 3.8. Ảnh hưởng của pH đến
Hình 3.9. Ảnh hưởng của pH đến
hiệu suất xử lý TSS
suất xử lý độ màu
Bảng 3.3. Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR
tại các giá trị pH khác nhau
2
(J = 3,896 mA/cm , thời gian điện phân 60 phút, khoảng cách điện cực 1 cm)
Hiệu suất xử lý (%)
pH
COD
Amoni
TSS
Độ màu
5
50,00
14,33
16,65
24,11
6
69,62
22,02

18,95
40,99
7
73,91
22,63
30,55
67,1
8
72,00
24,88
39,93
72,2
9
62,90
19,22
19,26
50,71
10
43,75
11,23
15,74
34,58
Từ bảng 3.3 có thể thấy rằng: hiệu suất xử lý đạt cao nhất tại hai giá trị
pH = 7 và 8. Nghiên cứu ảnh hưởng của pH đầu vào của NRR cũng chỉ ra là khi
pH > 8 thì hiệu suấ xử lý COD, amoni, TSS và độ màu đều giảm. Thời gian
điện phân càng tăng thì pH càng tăng (theo hình 3.5) dẫn tới hiệu suất xử lý
giảm. Đây cũng là cơ sở để giải thích khi thời gian điện phân lớn hơn 60 phút
thì hiệu suất xử lý tăng ít hoặc không tăng. Mặt khác, pH đầu vào vào NRR của

9
BCL Nam Sơn vào khoảng 8 vì vậy lựa chọn pH đầu vào là khoảng 7 - 8 cho
nghiên cứu này để tiết kiệm hóa chất điều chỉnh pH và chi phí.
3.1.3. Ảnh hưởng của khoảng cách điện cực sắt đến hiệu suất xử lý COD,
amoni, TSS và độ màu
80

28
26

HiÖu suÊt xö lý amoni (%)

HiÖu suÊt xö lý COD (%)

70

60

50

40

30

20

24
22
20
18

16
14
12
10

10
1

2

3

4

5

6

7

1

Kho¶ng c¸ ch ®iÖn cùc (cm)

2

3

4

5

6

7

Kho¶ng c¸ ch ®iÖn cùc (cm)

Hình 3.10. Ảnh hưởng của khoảng
cách điện cực đến hiệu suất
xử lý COD

Hình 3.11. Ảnh hưởng của khoảng
cách điện cực đến hiệu suất
xử lý amoni
80

40

Hieu suat xu ly do mau (%)

HiÖu suÊt xö lý TSS (%)

70
35
30
25
20
15

60

50

40

30

10

20
5
1

2

3

4

5

6

7

Kho¶ng c¸ ch ®iÖn cùc (cm)

Hình 3.12. Ảnh hưởng của khoảng
cách điện cực đến hiệu suất xử lý TSS

1

2

3

4

5

6

7

Khoang cach dien cuc (cm)

Hình 3.13. Ảnh hưởng của khoảng
cách điện cực đến hiệu suất
xử lý độ màu
Bảng 3.4. Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR
tại các giá trị khoảng cách giữa các điện cực khác nhau
(J = 3,896 mA/cm2, thời gian điện phân 60 phút)
Hiệu suất xử lý (%)
Khoảng cách điện
cực (cm)
COD
Amoni
TSS
Độ màu

1
76,79
23,64
38,61
71,67
3
63,71
20,38
27,21
64,2
5
50,00
14,85
21,1
44,1
7
45,65
10,54
8,02
28,5
Bảng 3.4 cho thấy tại khoảng cách điện cực 1 cm cho hiệu suất xử lý đạt cao
nhất với hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu lần lượt là: 76,79; 23,64;
38,61 và 71,67%. Khi khoảng cách giữa các bản điện cực tăng hiệu suất xử lý chất
ô nhiễm giảm mạnh. Trong nghiên cứu này không thể giảm được khoảng cách điện


10
cực xuống nhỏ hơn 1 cm do đặc thù của NRR Nam Sơn có hàm lượng TSS cao gây
mất ổn định cho quá trình điện phân. Do đó, khoảng cách điện cực 1 cm được lựa
chọn áp dụng cho nghiên cứu.

Kết quả nghiên cứu cho thấy ở cường động dòng điện J = 3,896 mA/cm 2, pH
NRR là khoảng 7 - 8 và khoảng cách điện cực 1 cm là điều kiện thích hợp cho
quá trình EC.
3.1.4. So sánh hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu khi sử dụng điện
cực sắt và nhôm
So sánh hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu khi sử dụng điện cực sắt
và nhôm ở các thời gian điện phân khác nhau
35

80

HiÖu suÊt xö lý amoni (%)

HiÖu suÊt xö lý COD (%)

70
60
50
40
30

Fe
Al

20
10

30

25

20

15

Fe
Al

10

5

0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

0

90

10

20

Hình 3.14. Ảnh hưởng của thời gian
điện hóa với điện cực nhôm và sắt đến
hiệu suất xử lý COD

40

50

60

70

80

90

Hình 3.15. Ảnh hưởng của thời gian
điện hóa với điện cực nhôm và sắt
đến hiệu suất xử lý amoni
80

HiÖu suÊt xö lý ®é mµu (%)

40

HiÖu suÊt xö lý TSS (%)

30

Thêi gian (phót)

Thêi gian (phót)

30

20

Fe
Al
10

60

40

Fe
Al
20

0

0

10

20

30

40

50

60

Thêi gian (phót)

70

80

90

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

Thêi gian (phót)

Hình 3.16. Ảnh hưởng của thời gian
Hình 3.17. Ảnh hưởng của thời gian
điện hóa với điện cực nhôm và sắt
điện hóa với điện cực nhôm và sắt
đến hiệu suất xử lý TSS
đến hiệu suất xử lý độ màu
Vật liệu điện cực là một trong các thông số ảnh hưởng trực tiếp đến phản ứng
điện hóa diễn ra bên trong dung dịch. Trong mỗi phản ứng EC, anot hòa tan và chất
keo tụ đóng vai trò là yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả của phương pháp.
Ảnh hưởng của thời gian điện phân đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS
và độ màu của điện cực sắt và nhôm thể hiện ở bảng 3.5.


11
Bảng 3.5 cho thấy hiệu suất xử lý COD, TSS và độ màu của điện cực sắt
cao hơn hẳn so với điện cực nhôm ở tất cả các khoảng thời gian điện phân.

Trong khi đó hiệu suất xử lý amoni của điện cực sắt và điện cực nhôm lại phụ
thuộc vào khoảng thời gian điện phân. Như vậy chọn điện cực sắt cho nghiên
cứu xử lý NRR bằng EC.
Bảng 3.5. Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu
trong NRR của điện cực sắt và nhôm ở thời gian điện phân khác nhau
(J = 3,896 mA/cm2, khoảng cách điện cực 1 cm)
Thời
Hiệu suất xử lý (%)
gian
phản
COD
Amoni
TSS
Độ màu
ứng
Al
Fe
Al
Fe
Al
Fe
Al
(phút) Fe
10

42,86

6,90

6,64

5,46

9,83

6,71

27,90

19,90

20

58,93 17,24

11,71

8,19

15,95

9,12

46,75

32,91

30

69,64 22,41

14,06

11,34

23,98

14,2

54,56

41,24

40

73,21 37,93 17,770 18,48

30,46

23,4

59,10

45,85

60

76,79 44,83

23,64

26,46

38,61

27,1

71,67

58,98

80

79,29 44,83

24,79

30,24

38,97

29,1

79,39

66,64

So sánh hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu khi sử dụng điện cực sắt và
nhôm ở các pH đầu vào của nước rỉ rác khác nhau
Fe

Al

80

HiÖu suÊt xö lý amoni (%)

HiÖu suÊt xö lý COD (%)

70
60
50
40
30
20
10

Fe
Al

35

30

25

20

15

10

5

0
5

6

7

8

9

10

pH

Hình 3.18. Ảnh hưởng của pH đến
hiệu suất xử lý COD với
điện cực nhôm và sắt

5

6

7

8

9

10

pH

Hình 3.19. Ảnh hưởng của pH đến
hiệu suất xử lý amoni với
điện cực nhôm và sắt


12
60

100

Fe
Al

50

HiÖu suÊt xö lý TSS (%)

Fe
Al

90

HiÖu suÊt xö lý ®é mµu (%)

55

45
40
35
30
25
20
15
10
5

80
70
60
50
40
30
20
10
0

0
5

6

7

8

9

5

10

6

7

8

9

10

pH

pH

Hình 3.20. Ảnh hưởng của pH đến
Hình 3.21. Ảnh hưởng của pH đến
hiệu suất xử lý TSS với
hiệu suất xử lý độ màu với điện cực
điện cực nhôm và sắt
nhôm và sắt
Bảng 3.6. Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR
của điện cực sắt và nhôm ở các pH khác nhau
(J = 3,896 mA/cm2, thời gian điện phân 60 phút, khoảng cách điện cực 1 cm)

Hiệu suất xử lý (%)
pH
COD
Amoni
TSS
Độ màu
Fe
Al
Fe
Al
Fe
Al
Fe
Al
5
50,00 18.72 14.33 15.87 16.65 13.8 24.11 22.5
6

69.62

35.9

22.02

23.57

18.95

15.24

40.99

35.7

7

73.92 44.83

22.63

25,56

30.55

22.97

67.04

60.2

8

72,00 43.58

24.88

26.46

39.93

35.83

72.19

65.13

9

62.90 30.76

19.22

22.48

19.26

13.05

50.70

45.63

10

43.75

11.23

15.76

15.74

11.38

34.58

30.32

14.2

Bảng 3.6 cho thấy hiệu suất xử lý COD, TSS và độ màu của điện cực sắt
cao hơn hẳn so với điện cực nhôm ở tất cả các giá trị pH. Trong khi đó hiệu suất
xử lý amoni của điện cực nhôm lại cao hơn điện cực sắt. Ở môi trường axit (pH
< 7) và môi trường kiềm (pH > 8) thì hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ
màu của cả 2 điện cực nhôm và sắt đều thấp. Hiện tượng này được Park và cộng
sự (2002) giải thích là: mỗi loại ion kim loại trong dung dịch có thể tạo ra các
chất keo tụ khác nhau dẫn tới hiệu suất xử lý chất ô nhiễm cũng khác nhau. Ví
dụ, điều kiện kiềm cao trong dung dịch diện phân hydroxit nhôm và hydroxit
sắt tồn tại ở dạng tương ứng là Al(OH)4− và Fe(OH)4−. Những hydroxit này có
hoạt động keo tụ kém, sau đó, thông thường (trừ một số sản phẩm
polyaluminum) quá trình keo tụ khó được thực hiện ở môi trường có tính axit
(Fe: pH = 4 - 5 và Al: pH = 5 - 6).


13
Kết quả này là cơ sở để chọn giá trị pH đầu vào của NRR và loại điện
cực phù hợp. Chọn pH = 7 - 8 cho cả hai loại điện cực vì đây là khoảng pH cho
hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu cao nhất.
So sánh hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu khi sử dụng điện cực sắt
và nhôm ở các khoảng cách điện cực khác nhau

80

26

HiÖu suÊt xö lý amoni (%)

70

HiÖu suÊt xö lý COD (%)

Fe
Al

28

Fe
Al

60

50

40

30

20

24
22

20
18
16
14
12
10

10
1

2

3

4

5

6

1

7

2

3

4

5

6

7

Kho¶ng c¸ ch ®iÖn cùc (cm)

Kho¶ng c¸ ch ®iÖn cùc (cm)

Hình 3.22. Ảnh hưởng của khoảng
cách điện cực đến hiệu suất xử lý
COD giữa điện cực nhôm và sắt

Hình 3.23. Ảnh hưởng của khoảng
cách điện cực đến hiệu suất xử lý
amoni với điện cực nhôm và sắt

Fe
Al

Fe
Al

80

HiÖu suÊt xö lý ®é mµu (%)

HiÖu suÊt xö lý TSS (%)

40
35
30
25
20
15
10

70

60

50

40

30

20

5
1

2

3

4

5

6

7

Kho¶ng c¸ ch ®iÖn cùc (cm)

Hình 3.24. Ảnh hưởng của khoảng
cách điện cực đến hiệu suất xử lý TSS
với điện cực nhôm và sắt

1

2

3

4

5

6

7

Kho¶ng c¸ ch ®iÖn cùc (cm)

Hình 3.25. Ảnh hưởng của khoảng
cách điện cực đến hiệu suất xử lý
độ màu với điện cực nhôm và sắt

Bảng 3.7 cho thấy hiệu suất xử lý COD, TSS và độ màu của điện cực sắt cao
hơn hẳn so với điện cực nhôm ở tất cả các khoảng cách điện cực. Trong khi đó hiệu
suất xử lý amoni của điện cực nhôm lại cao hơn điện cực sắt nhưng không nhiều.
Kết quả này là cơ sở để chọn khoảng cách điện cực và loại điện cực phù hợp.
Kết quả nghiên cứu hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu của điện
cực nhôm và sắt ở cùng điều kiện thấy điện cực sắt tỏ ra ưu thế hơn về hiệu suất
xử lý COD, TSS và độ màu. Tuy hiệu suất xử lý amoni của điện cực nhôm có cao
hơn điện cực sắt nhưng không nhiều. Cùng xử lý một lượng chất ô nhiễm thì năng


14
lượng tiêu thụ khi dùng điện cực sắt có thể tính được là nhỏ hơn so với điện cực
nhôm. Giá thành điện cực cũng là vấn đề cần quan tâm, mà điện cực sắt có giá
thấp hơn điện cực nhôm. Vì vậy điện cực sắt được lựa chọn cho nghiên cứu này.
So sánh kết quả nghiên cứu ở điều kiện thích hợp với các nghiên cứu
trước đó về hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR bằng quá
trình EC thể hiện ở bảng 3.8:
So sánh kết quả của luận án với các nghiên cứu khác thấy hiệu suất xử lý
một số chỉ tiêu NRR trong nghiên cứu cao và có mức tiêu hao năng lượng thấp.
Bảng 3.7. Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR
của điện cực sắt và nhôm ở các khoảng cách điện cực khác nhau
(J = 3,896 mA/cm2, thời gian điện phân 60 phút)
Hiệu suất xử lý (%)
Khoảng
cách
điện cực
(cm)

COD

Amoni
TSS
Độ màu
Fe
Al
Fe
Al
Fe
Al
Fe
Al
1
76,79 44,83 23,64 26,46 38,61 27,1 71,67 67,32
3
63,71 30,00 20,38 20,80 27,21 25,71 64,25 55,46
5
50,00 26,70 14,85 15,60 21,10 18,93 44,42 37,29
7
45,65 22,60 10,54 11,24 8,02
6,95 28,44 20,87
Nhận xét về quá trình xử lý NRR bằng EC
Nghiên cứu xử lý NRR bằng quá trình EC với điện cực nhôm và điện cực
sắt thì hiệu suất xử lý COD, TSS và độ màu của của điện cực nhôm thấp hơn
điện cực sắt, nhưng hiệu suất xử lý amoni của điện cực nhôm lại cao hơn điện
cực sắt sau hơn 40 phút phản ứng. Đây là cơ sở để lựa chọn điện cực trong quá
trình EC khi ứng dụng trong thực tế.
Hầu hết các nghiên cứu trước đều chứng minh hiệu suất xử lý COD của điện
cực sắt cao hơn điện cực nhôm, nhưng nghiên cứu của Ilhan và cộng sự (2008) lại cho
kết quả ngược lại là hiệu suất xử lý COD của điện cực nhôm cao hơn điện cực sắt.
Kết quả nghiên cứu cũng cho thấy quá trình EC hiệu quả khi xử lý COD,

độ màu vì COD và độ màu có thể loại bỏ cơ bản bằng quá trình keo tụ điện hóa
kết hợp với quá trình điện hóa như oxi hóa, hấp phụ. Quá trình EC kém hiệu
quả khi xử lý amoni vì khác với quá trình xử lý COD, TSS và độ màu, amoni
được xử lý chủ yếu bằng quá trình điện hóa và quá trình hóa học.
Khi nghiên cứu quá trình EC trong xử lý NRR tìm được các điều kiện
thích hợp cho quá trình xử lý là: điện cực sắt, J = 3,896 mA/cm 2, pH = 7 - 8,
khoảng cách điện cực là 1 cm, thời gian điện phân là 60 phút.
Kết quả nghiên cứu cho thấy có thể sử dụng quá trình EC để xử lý NRR.
Tuy nhiên nếu chỉ dùng mỗi quá trình EC thì nước thải đầu ra một số chỉ tiêu
chưa đạt yêu cầu xả thải. Cần phải có quá trình xử lý tiếp theo. Trong luận án
này sau quá trình xử lý bằng EC tiếp tục được nghiên cứu xử lý bằng BF.


15
Sau quá trình EC chỉ số một số chất ô nhiễm trong NRR còn lại: COD <
30%, amoni > 75%, TSS > 60% và độ màu < 30% so với ban đầu. Như vậy
amoni và TSS là đối tượng cần quan tâm xử lý ở quá trình sinh học tiếp theo.
Bảng 3.8. So sánh hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong NRR
của các nghiên cứu khác nhau ở điều kiện lựa chọn
Năng lượng/m3
NRR (KWh)

Hiệu suất xử lý (%)

Nghiên cứu
COD

Amoni

TSS

Độ màu

Luận án

71 - 77

24 - 25

38 - 40

71 - 72

12,83

Bouhezila F. và cs (2011)

68

15 (TN)

-

28

19

Ilhan F. và cs (2008)

59

14

-

-

12,5 – 19,6

Li X. và cs (2011)

49,8

38,6

-

-

-

Catherine R. và cs (2014)

-

-

-

80*

-

Top S. và cs (2011)

45

-

-

60

-

Orkun M. O. và cs (2012)

65,85

-

-

-

-

Shivayogimath C.B. và cs (2014)

53,3

-

-

65

-

3.2. Nghiên cứu xử lý nước rỉ rác bằng phương pháp lọc sinh học
Bảng 3.9. Một số đặc tính của NRR sau quá trình EC
dùng cho đầu vào của quá trình BF
TT
Chỉ tiêu
Đơn vị
Giá trị sau EC
1
pH
8,7 – 9,1
2
COD
mg/l
717 - 870
3
BOD5
mg/l
312 - 337
+
4
NH4 -N

mg/l
410 - 484
5
NO3--N
mg/l
<1
6
TSS
mg/l
471 - 578
7
Độ màu
Pt-Co
316 - 402
Để xử lý triệt để COD, amoni, TSS và độ màu, trong luận án đã kết hợp
cả hai phương pháp EC và tiếp theo là xử lý triệt để dùng BF. Cũng tương tự
như đối với phương pháp EC, xử lý sinh học cần tối ưu điều kiện xử lý như: quá
trình xử lý hiếu khí, thiếu khí, tốc độ sục khí, lượng oxy hòa tan, tải lượng đầu
vào cũng cần được khảo sát và tìm ra điều kiện tối ưu.
3.2.1. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS
và độ màu bằng quá trình lọc sinh học
Để đánh giá ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý COD,
amoni, nitrat, TSS và độ màu, một loạt các thí nghiệm được thực hiện với lưu
lượng dòng vào 3 lít/ngày ở 4 chế độ sục khí khác nhau từ chế độ 1 - 4. Thể tích
của hệ lọc sinh học này luôn được cố định.
3.2.1.1. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý COD


16
COD vµo

COD ra

900

HiÖu suÊt xö lý COD
100

90
700

COD (mg/l)

600
80
500

CĐ1: 60/60

CĐ3: 30/90

CĐ2: 45/75

400

CĐ4: 15/105
70

300
60

200

HiÖu suÊt xö lý COD (%)

800

100
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

50
100

Thêi gian (ngµy)

Hình 3.26. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý COD
3.2.1.2. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý amoni
amoni vµo
amoni ra

700

HiÖu suÊt xö lý amoni
100.0
99.5

Nång ®é amoni (mg/l)

99.0
500

98.5
98.0

400

CĐ1: 60/60

CĐ3: 30/90

CĐ2: 45/75

CĐ4: 15/105

300

97.5
97.0
96.5

200

96.0
100
95.5
0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

HiÖu suÊt xö lý amoni (%)

600

95.0
100

Thêi gian (ngµy)

Hình 3.27. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý amoni
3.2.1.3. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý nitrat


17
Nitrat vµo
Nitrat ra
400

CĐ3: 30/90

CĐ4: 15/105

Nång ®é nitrat (mg/l)

350
300
250

CĐ1: 60/60

200

CĐ2: 45/75

150
100
50
0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Thêi gian (ngµy)

Hình 3.28. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến nồng độ nitrat đầu ra
3.2.1.4. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý TSS

100

500

95

400

90

300

85

CĐ1: 60/60

CĐ2: 45/75

CĐ3: 30/90

CĐ4: 15/105

200

80

100

75

0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

HiÖu suÊt xö lý TSS (%)

600

Nång ®é TSS (mg/l)

HiÖu suÊt xö lý

TSS vµo
TSS ra

70
100

Thêi gian (ngµy)

Hình 3.29. Ảnh hưởng chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý TSS
3.2.1.5. Ảnh hưởng của chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý độ màu


18
§ é mµu vµo
§ é mµu ra

500

HiÖu suÊt xö lý ®é mµu
80

450

350

§ é mµu (Pt-Co)

60
300
250

50

200
40
150
100

CĐ1: 60/60

50

30

CĐ2: 45/75

CĐ3: 30/90

CĐ4: 15/105

0
0

10

20

30

40

50

60

70

HiÖu suÊt xö lý ®é mµu (%)

70
400

80

90

20
100

Thêi gian (ngµy)

Hình 3.30. Ảnh hưởng chế độ sục khí đến hiệu suất xử lý độ màu
Bảng 3.10 cho thấy, khi giảm thời gian sục khí thì hiệu suất xử lý COD,

amoni và độ màu đều giảm, nhưng hiệu suất xử lý TSS lại tăng. Như vậy CĐ 1
sục/dừng = 60/60 phút có hiệu suất xử lý cao nhất đối với lý COD, amoni và độ
màu nhưng nồng độ nitrat đầu ra quá lớn theo tiêu chuẩn quy định. Trong khi
đó ở CĐ 4 sục/dừng = 15/105 phút thì nồng độ nitrat đầu ra khoảng 44 mg/l.
Nếu tiếp tục giảm thời gian sục khí trong một chu kỳ thì theo quy luật khả năng
xử lý nitơ của hệ tốt hơn nhưng hiệu suất xử lý COD, amoni và độ màu lại thấp.
Chi phí vận hành của hệ BF thiếu khí – hiếu khí phần lớn là chi phí cho quá
trình sục khí. Cho nên thời gian sục khí trong một chu kỳ càng ngắn thì chi phí
về năng lượng càng thấp. Xét về hiệu quả xử lý ở các chế độ (đặc biệt với xử lý
nitơ) và chi phí cho quá trình sục khí chọn chế độ sục/dừng = 15/105 phút cho
các nghiên cứu tiếp theo.
Bảng 3.10. Hiệu suất xử COD, amoni, TSS và độ màu
trong NRR ở các chế độ sục khí khác nhau
Chế độ
HSXL
Nồng độ
HSXL
HSXL
HSXL Độ
S/D
amoni
nitrat ra
COD (%)
TSS (%) màu (%)
(phút)
(%)
(mg/l)
CĐ 1
90,64 ±
99,88 ±

371,87 ±
84,36 ±
55,13 ±
(60/60)
0,88
0,04
9,13
0,66
1,81
CĐ 2
84,91 ±
99,62 ±
254,5 ±
87,39 ±
46,03 ±
(45/75)
1,17
0,03
14,70
0,52
1,14
CĐ 3
79,54 ±
99,52 ±
160,32 ±
89,20 ±
39,09 ±
(30/90)
1,00
0,03

8,44
0,57
1,61
CĐ 4
77,45 ±
99,21 ±
43,64 ±
91,07 ±
34,75 ±
(15/105)
1,31
0,03
1,16
0,52
1,30


19
Với chế độ sục/dừng = 15/105 phút, nếu coi tổng nitơ là tổng của amoni,
nitrat và nitrit thì tổng nitơ đầu ra đạt QCVN25: 2009/BTNMT cột B2.
3.2.2. Ảnh hưởng của tải lượng đầu vào đến hiệu suất xử lý COD, amoni,
nitrat, TSS và độ màu của quá trình lọc sinh học
Tải lượng chất ô nhiễm có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất của phương pháp
BF. Wijeyekoon và các cộng sự (2004) chỉ ra tải lượng chất ô nhiễm cũng ảnh
hưởng đến tăng trưởng sinh khối. Cụ thể: cấu trúc VSV bên trong chịu ảnh
hưởng khi tải lượng tăng, làm tăng nồng độ bùn bên trong kết quả là độ xốp của
màng vi sinh bị giảm. Vì vậy, tải lượng đầu vào là yếu tố cần khảo sát để đánh giá
ngưỡng xử lý của hệ BF.
Hàng loạt thí nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của tải lượng đầu vào đến
hiệu suất xử lý COD, amoni, nitrat, TSS và độ màu được thiết lập theo các CĐ

4 – 8, với các điều kiện: chế độ sục khí /dừng sục khí 15/105 phút; pH của dung
dịch NRR sau xử lý bằng EC khoảng 8,7 – 9,1; lưu lượng đầu vào thay đổi từ 3
đến 7 lít/ngày, DO khi sục khí là 6 - 7 mg/l, nhiệt độ phòng (25 – 32oC).
3.2.2.1. Ảnh hưởng của tải lượng đầu vào đến hiệu suất xử lý COD
HiÖu suÊt xö lý COD

T¶i l- î ng COD vµo
0.35

80

0.25

75

0.20

0.15

70

CĐ4: 3 lít

CĐ6: 5 lít

CĐ5: 4 lít

CĐ7: 6 lít

CĐ8: 7 lít

0.10

0.05

HiÖu suÊt xö lý COD (%)

T¶i l- î ng COD (kg/m3.ngµy)

0.30

65
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Thêi gian (ngµy)

Hình 3.31. Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý COD
(chế độ sục khí/dừng sục khí: 15/105 phút)
3.2.2.2. Ảnh hưởng của tải lượng đầu vào đến hiệu suất xử lý amoni


20
HiÖu suÊt xö lý amoni

T¶i l- î ng amoni vµo
0.18

CĐ4: 3 lít

CĐ6: 5 lít

CĐ5: 4 lít

CĐ7: 6 lít

CĐ8: 7 lít

99.4

0.14

99.2

0.12

0.10
99.0
0.08

HiÖu suÊt xö lý amoni (%)

T¶i l- î ng amoni (kg/m3.ngµy)

0.16

0.06
98.8
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Thêi gian (ngµy)

Hình 3.32. Ảnh hưởng của tải lượng đầu vào đến hiệu suất xử lý amoni
(chế độ sục khí/dừng sục khí: 15/105 phút)
3.2.2.3. Ảnh hưởng của tải lượng đầu vào đến hiệu suất xử lý nitrat
Nitrat vµo
Nitrat ra
50

Nitrat (mg/l)

40

CĐ4: 3 lít

CĐ6: 5 lít

CĐ5: 4 lít

CĐ7: 6 lít

CĐ8: 7 lít

30

20

10

0
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Thêi gian (ngµy)

Hình 3.33. Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý nitrat
(chế độ sục khí/dừng sục khí: 15/105 phút)
3.2.2.4. Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý TSS


21
T¶i l- î ng TSS vµo

CĐ4: 3 lít

0.20

HiÖu suÊt xö lý TSS

CĐ6: 5 lít

CĐ5: 4 lít

CĐ7: 6 lít

CĐ8: 7 lít

95

0.16

90

0.14
0.12
85

0.10
0.08

HiÖu suÊt xö lý TSS (%)

T¶i l- î ng TSS (kg/m3.ngµy)

0.18

0.06
80
0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Thêi gian (ngµy)

Hình 3.34. Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý TSS
(chế độ sục khí/dừng sục khí: 15/105 phút)
3.2.2.5. Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý độ màu
Bảng 3.11 cho thấy, khi tăng tải lượng đầu vào thì hiệu suất xử lý COD,

amoni, TSS, độ màu đều giảm. Ở CĐ 4 thì nồng độ nitrat đầu ra thấp nhất khi
tăng tải lượng thì nồng độ tổng nitơ đầu ra tăng lên đến gần ngưỡng cho phép.
Nếu tiếp tục tăng tải lượng thì khả năng xử lý nitơ của hệ không đạt
QCVN25:2009/BTNMT cột B2 nhưng hiệu suất xử lý COD, amoni vẫn đạt.
Chính vì vậy không thể tăng tiếp tải lượng lên nữa. Chọn chế độ sục dừng
15/105 phút với tải lượng amoni đầu vào không vượt quá 0,16 kg/m3/ngày.
§ é mµu vµo
§ é mµu ra

HiÖu suÊt xö lý TSS

400

40

380

30

§ é mµu (Pt-Co)

340

CĐ4: 3 lít

320

CĐ5: 4 lít

CĐ6: 5

lít

300

25

20

280
260

CĐ8: 7 lít

CĐ7: 6 lít

240

15

10

HiÖu suÊt xö lý ®é mµu (%)

35
360

220
200

5

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

Thêi gian (ngµy)

Hình 3.35. Ảnh hưởng của tải lượng đến hiệu suất xử lý độ màu
(chế độ sục khí/dừng sục khí: 15/105 phút)

22

Thể tích
đầu vào
(l/ngày)

Bảng 3.11. Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu
trong NRR ở các chế độ tải lượng khác nhau
Nitrat
COD
Amoni
TSS
(mg/l)
Tải
lượng
kg/m3
ngày

HSXL
(%)

Tải
lượng
kg/m3
ngày

HSXL
amoni

(%)

Vào

Tải
lượng
kg/m3
ngày

Ra

Độ
màu

HSXL HSXL
(%)
(%)

CĐ 4 0,120 ± 77,46 ± 0,066 ± 99,21 ±
43,64 0,077 ± 91,07 ± 34,75 ±
0,004
1,22
0,0013
0,03
±
1,16 0,0017
0,52
1,30
(3)
CĐ 5 0,162 ± 76,32 ± 0,089 ± 99,12 ±

44,84 0,103 ± 88,46 ± 31,00 ±
0,004
0,59
0,0013
0,02
±
0,74 0,0023
0,36
0,58
(4)
CĐ 6 0,202 ± 75,51 ± 0,112 ± 99,01 ±
46,92 0,129 ± 86,46 ± 28,32 ±
<1
0,0048
0,86
0,0022
0,03
± 0,63 0,0025
0,48
0,60
(5)
CĐ 7 0,242 ± 74,61 ± 0,136 ± 98,94 ±
48,17 0,153 ± 85,01 ± 24,03 ±
0,0053
0,74
0,0022
0,02
±
0,46 0,032
0,45

0,44
(6)
CĐ 8 0,280 ± 73,77 ± 0,157 ± 98,88 ±
49,55 0,179 ± 83,34 ± 16,70 ±
0,0061
0,65
0,0011
0,01
±
0,70 0,0033
0,53
0,75
(7)
So sánh kết quả nghiên cứu của luận án với các nghiên cứu khác cùng áp
dụng quá trình kết hợp EC với BF xử lý COD, amoni, TSS và độ màu trong
NRR ở điều kiện lựa chọn thể hiện ở bảng 3.12:
Bảng 3.12. So sánh quá trình kết hợp EC với BF xử lý COD, amoni, TSS và độ
màu trong NRR với các nghiên cứu khác ở điều kiện lựa chọn
Hiệu suất xử lý (%)
Chất ô nhiễm
trong NRR

Drogui Patrick và
cs (2016)

Luận án

Drogui Patrick và
cs (2018)

EC (Fe)

BF

BF

EC (Mg)

EC (Al)

BF

COD

71 - 77

73,77 ± 0,65

-

53

37 ± 2

42 ± 7

BOD

-

> 90 (BOD5)

94

-

-

97

Amoni
TSS

24 - 25

98,88 ± 0.01

94

-

-

> 99

38 - 40

83,34 ± 0,53

-

-

-

-

Độ màu

71 - 72

16,7 ± 0,75

85

60 ± 13

-

Năng
12,83
1,23 US$
lượng/m3
NRR (KWh)
Hình 3.36 cho thấy hiệu suất xử lý tổng của hệ COD, amoni, TSS và độ
màu tương ứng là khoảng 91,7; 97,77; 87,65 và 75,89%. Như vậy hiệu suất xử


23
lý COD, amoni, TSS và độ màu của toàn hệ tương đối cao và có sự kết hợp chặt

chẽ về hiệu suất xử lý giữa quá trình EC và BF.
BF
EC

100
90

HiÖu suÊt xö lý (%)

80
70
60
50
40
30
20
10
0
COD

Amoni

TSS

Do mau

Hình 3.36. Hiệu suất xử lý COD, amoni, TSS và độ màu
trong NRR bằng phương pháp EC kết hợp với BF
(EC: J = 3,896 mA/cm2; t = 60 phút; khoảng cách điện cực 1 cm.
BF: S/D = 15/105 phút; DO khi sục = 6 -7 mg/l; lưu lượng 7 lít/ngày)

Thông số đầu ra sau quá trình EC và BF ở điều kiện lựa chọn thể hiện ở bảng 3.13.
Bảng 3.13. Thông số đầu ra sau quá trình EC và BF ở điều kiện lựa chọn
Sau BF
Giá trị Đơn vị Trước EC
Sau EC
(S/D: 15/105 phút; đầu vào
7lít/ngày)
COD
mg/l
2930 - 3065 717 - 870
182 - 245
BOD5
mg/l
958 - 1106 312 - 337
15 - 32
+
NH4 -N
mg/l
556 - 635
410 - 484
4,8 – 5,2
NO3 -N
mg/l
1,3 – 2,1
<1
47 - 51
NO2 -N
mg/l
<1
<1

2,4 – 5,1
TSS
mg/l
822 - 895
471 - 578
76 - 90
Độ màu Pt-Co 1178 - 1329 316 - 402
285 - 317
Nhận xét về quá trình nghiên cứu xử lý NRR bằng phương pháp BF
Quá trình BF trong khoảng nghiên cứu cho hiệu suất xử lý amoni và TSS
cao. Hiệu suất xử lý COD và độ màu tuy không cao nhưng giá trị đầu ra đạt
QCVN 25:2009/BTNMT cột B2. Như vậy phương pháp BF hoàn toàn có thể là
lựa chọn để xử lý NRR sau quá trình xử lý bằng EC.
Kết quả nghiên cứu cho thấy để xử lý COD, amoni ta có thể chọn chế độ sục
dừng là 60/60 phút, nhưng ở chế độ này đầu ra của nitrat cao, tổng nitơ vượt quá quy
chuẩn. Để xử lý nitơ đạt QCVN 25:2009/BTNMT cột B2 thì phải chọn chế độ
sục/dừng = 15/105 phút với tải lượng amoni đầu vào không vượt quá 0,16 kg/m3.ngày.