Nghiên cứu xử lý nước thải đô thị bằng công nghệ lọc kị khí kết hợp hiếu khí ifas

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
------

NGUYỄN THỊ NGỌC HÀ

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐƠ THỊ BẰNG
CƠNG NGHỆ LỌC KỊ KHÍ KẾT HỢP HIẾU KHÍ IFAS
CHUN NGÀNH

: CƠNG NGHỆ MƠI TRƯỜNG

MÃ NGÀNH

: 608506

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HCM, tháng 09 năm 2014


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

Cán bộ hướng dẫn khoa học 1: TS. Đặng Viết Hùng
Cán bộ hướng dẫn khoa học 2: TS. Nguyễn Thị Thanh Phượng
Cán bộ chấm nhận xét 1: ...................................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2: ...................................................................................................

Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách khoa, Đại học Quốc Gia

TP.HCM ngày…… tháng….. năm 2014.
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
1…………………………………………
2……………………………………………..
3………………………………………………….
4……………………………………………………..
5………………………………………………………
Xác nhận của Chủ tịch hội đồng đánh giá luận văn và Trưởng khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

---o0o---

---o0o--TP. HCM, ngày

tháng

năm 2014

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên

: NGUYỄN THỊ NGỌC HÀ

Giới tính

: Nữ

Ngày, tháng, năm sinh

: 15/11/1987

Nơi sinh

: Thanh Hóa

Chun ngành

: Cơng nghệ Mơi trường

MSHV

: 12250606

Khố

: 2012

I.

TÊN ĐỀ TÀI

“Nghiên cứu xử lý nước thải đô thị bằng công nghệ lọc kị khí kết hợp hiếu khí
IFAS”
II.

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN
- Đánh giá hiệu suất xử lý COD và SS trong nước thải đơ thị thơng qua bể lọc
kị khí;
- Đánh giá khả năng tăng cường xử lý các chất dinh dưỡng N, P thơng qua bể
hiếu khí IFAS.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/2013
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/2014
V.

HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
1. TS. ĐẶNG VIẾT HÙNG
2. TS. NGUYỄN THỊ THANH PHƯỢNG
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TRƯỞNG KHOA


LỜI CÁM ƠN

Đầu tiên tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến Thầy, Cô khoa Môi
trường và Tài nguyên trường Đại học Bách khoa TP. HCM, những người
đã dìu dắt tơi tận tình, đã truyền đạt cho tơi những kiến thức và kinh
nghiệm quý báu trong suốt thời gian tơi học tập chương trình đào tạo sau
đại học.
Tơi xin trân trọng cảm ơn TS.Đặng Viết Hùng công tác tại trường Đại học
Bách khoa TP. HCM và TS.Nguyễn Thị Thanh Phượng công tác tại Viện
Môi trường và Tài nguyên đã hướng dẫn luận văn, tận tình chỉ bảo, giúp
đỡ để tơi hồn thành tốt nhiệm vụ của mình.
Tơi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các bạn sinh viên khoa Mơi trường và Tài
ngun - khóa 2010 đã hỗ trợ trong suốt q trình nghiên cứu.
Sau cùng, tơi gửi lời cám ơn chân thành đến những người thân, người bạn
đã động viên và ủng hộ tôi vượt qua những khó khăn trở ngại trên mọi
bước đường và cịn là động lực để tôi phấn đấu.
Một lần nữa xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ của tất cả mọi người.
TP. HCM, 07/2014


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Xử lý nước thải đơ thị ở Việt Nam vẫn đang trong giai đoạn khởi đầu và sẽ đối mặt
với nhiều trở ngại về mặt kỹ thuật và tài chính nhằm đạt hiệu quả xử lý cao và chi
phí xử lý thấp. Kết hợp xử lý kị khí với xử lý hiếu khí là một cách tiếp cận và trong
nghiên cứu này, một bể lọc kị khí đã được đặt trước một bể hiếu khí IFAS
(Integrated Fixed-film Activated Sludge). Bể lọc kị khí và bể hiếu khí IFAS đều
được chế tạo từ mica (polyacrylic) với cùng thể tích làm việc là 9,68 lít. Lượng giá
thể Anox Kaldnes K3 cho vào bể lọc kị khí là khoảng 3,87 lít chiếm 40 % thể tích
bể. Lượng giá thể Mutag BioChipTM cho vào bể hiếu khí IFAS là khoảng 1,45 lít ở
dạng đổ đống. Mơ hình nghiên cứu được vận hành với thời gian lưu nước trong bể
lọc kị khí giảm dần từ 7,7 đến 2,3 giờ tương ứng tải trọng hữu cơ ở bể hiếu khí
IFAS tăng dần từ 0,5 đến 1,7 kgCOD/m3.ngày. Các kết quả thu được cho thấy bể

lọc kị khí có khả năng loại bỏ SS và COD luôn trên 70 % và 60 %, giảm tải rất
nhiều cho bể hiếu khí IFAS phía sau. Bể hiếu khí IFAS có thể giúp cho nước thải
đầu ra có chất lượng tốt, đặc biệt là chỉ tiêu nitơ và photpho, đáp ứng yêu cầu xả
thải nghiêm ngặt. Ở các tải trọng 0,8; 1,1; 1,4 kgCOD/m3.ngày, nước thải sau khi xử
lý của tồn mơ hình có giá trị COD, SS, NH4+-N, TN, TP đều nằm trong giới hạn
cột A của QCVN 40:2011/BTNMT. Ở tải trọng 1,1 kgCOD/m3.ngày, hiệu suất xử
lý các chỉ tiêu trên là cao nhất, ứng với 94,29; 96,11; 94,94; 73,91 và 69,88 %.


ABSTRACT
Treatment of municipal wastewater in Vietnam has been in the beginning stage and
must face to technical and financial problems such as high efficiency and low cost.
A combination of anaerobic and aerobic processes such as an anaerobic filter
followed by an integrated fix-film activated sludge (IFAS) reactor was the approach
in this study. The anaerobic filter and IFAS reactor were made from mica
(polyacrylic) with the same capacity of 9.68 liters. Anox Kaldnes K3 media placed
in the anaerobic filter to a fill fraction of 40 % was approximately 3.87 liters. Mutag
BioChipTM media placed in the IFAS reactor in state of free-moving was
approximately 1.45 liters. The experimental model was operated with hydraulic
retention time (HRT) decreased from 7.7 to 2.3 hours in the anaerobic filter and
organic loading rates (OLRs) increased from 0.5 to 1.7 kgCOD/m3.day in the IFAS
reactor. The results showed that removal efficiencies of SS and COD in the
anaerobic filter was high and reached over 70 % and 60 %, respectively and it
greatly reduced loading rate for the IFAS reactor. The IFAS reactor was able to
creat high quality effluent, especially in nitrogen and phosphorus parameters, in
order to satisfy stringent permits required for discharges. For OLRs of 0.8, 1.1, 1.4
kgCOD/m3.day, effluent concentrations of COD, SS, NH4+-N, TN and TP of the
whole model were within the limits of QCVN 40:2011/BTNMT, column A. For
OLR of 1.1 kgCOD/m3.day, treatment efficiencies were the highest as 94.29, 96.11,
94.94, 73.91 and 69.88 %, respectively for the parameters stated above.

LỜI CAM ĐOAN CỦA TÁC GIẢ
Tôi tên là NGUYỄN THỊ NGỌC HÀ, là học viên cao học ngành Công nghệ
Môi trường khóa 2012, mã số học viên 12250606. Tơi xin cam đoan: Luận văn cao
học này là cơng trình nghiên cứu khoa học thực sự của bản thân tôi, được thực hiện
dưới sự hướng dẫn của TS.Đặng Viết Hùng và TS. Nguyễn Thị Thanh Phượng.
Các hình ảnh, số liệu và thông tin tham khảo trong luận văn này được thu
thập từ những nguồn đáng tin cậy, đã qua kiểm chứng, được cơng bố rộng rãi và đã
được tơi trích dẫn rõ ràng ở phần Tài liệu tham khảo. Các bản đồ, đồ thị, số liệu tính
tốn và kết quả nghiên cứu được tôi thực hiện nghiêm túc và trung thực.
Tôi xin lấy danh dự và uy tín của bản thân để đảm bảo cho lời cam đoan này.
TP. HCM, ngày 30 tháng 8 năm 2014

Nguyễn Thị Ngọc Hà


i

MỤC LỤC
MỤC LỤC ............................................................................................................................ I
DANH MỤC BẢNG............................................................................................................ V
DANH MỤC HÌNH .......................................................................................................... VI
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................................ VIII
PHẦN MỞ ĐẦU................................................................................................................... 1
1.

TÍNH CẤP THIẾT.................................................................................................... 1

2.

MụC TIÊU Đề TÀI ................................................................................................... 2

3.

NộI DUNG Đề TÀI .................................................................................................. 3

4.

ĐốI TƯợNG VÀ PHạM VI NGHIÊN CứU ............................................................. 4

5.

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................................ 5

6.

Ý NGHĨA Đề TÀI .................................................................................................... 5

7.

TÍNH MớI CủA Đề TÀI ........................................................................................... 6

CHƯƠNG 1 .......................................................................................................................... 7
TỔNG QUAN ....................................................................................................................... 7
1.1.

TổNG QUAN Về NƯớC THảI ĐÔ THỊ .................................................................. 7

1.1.1.

Nguồn gốc nước thải đơ thị .............................................................................. 7

1.1.2.

Tính chất đặc trưng của nước thải đô thị.......................................................... 7

1.2.

HIỆN TRẠNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ TẠI VIỆT NAM ......................... 10

1.2.1.

Hiện trạng hệ thống thu gom nước thải ở các đô thị Việt Nam ..................... 10

1.2.2.

Một số công nghệ xử lý nước thải đơ thị điển hình ở Việt Nam .................... 11

1.2.3.

Hiệu quả hoạt động của các nhà máy xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam.... 18

1.3.

CƠ Sở LÝ THUYếT Q TRÌNH Kị KHÍ, HIếU KHÍ ........................................ 19

1.3.1.

Q trình kị khí .............................................................................................. 19

ii
1.3.1.1.

Cơ sở lý thuyết ........................................................................................... 19

1.3.1.2.

Các yếu tố ảnh hưởng ................................................................................ 21

1.3.1.3.

Các cơng nghệ xử lý kị khí ......................................................................... 22

1.3.1.4.

Lọc kị khí – Giá thể cố định ....................................................................... 23

1.3.2.

Q trình hiếu khí........................................................................................... 25

1.3.2.1.

Cơ sở lý thuyết ........................................................................................... 25

1.3.2.2.

Các yếu tố ảnh hưởng ................................................................................ 26

1.3.2.3.

Các cơng nghệ xử lý hiếu khí ..................................................................... 27

1.3.2.4.

Q trình bùn hoạt tính ............................................................................. 28

1.3.3.
1.4.

Xu hướng kết hợp kị khí - hiếu khí ................................................................ 30

TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH IFAS .................................................................. 33

1.4.1.

Đặc điểm cấu tạo ............................................................................................ 33

1.4.2.

Nguyên lý hoạt động ...................................................................................... 35

1.4.3.

Cơ chế xử lý ................................................................................................... 35

1.4.4.

Ưu và nhược điểm của bể IFAS ..................................................................... 43

1.5.

CÁC NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGỒI NƯỚC .............................................. 44

1.5.1.

Các nghiên cứu ngồi nước ............................................................................ 44

1.5.2.

Các nghiên cứu trong nước ............................................................................ 46

CHƯƠNG 2 ........................................................................................................................ 47
VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.......................................................... 47
2.1.

SƠ ĐỒ NGHIÊN CỨU........................................................................................... 47

2.2.

VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU .................................................................................... 48

2.2.1.

Nước thải đầu vào .......................................................................................... 48

2.2.2.

Bùn cấy ban đầu ............................................................................................. 48

2.2.3.

Giá thể sử dụng .............................................................................................. 48


iii
2.3.

MƠ HÌNH NGHIÊN CứU ...................................................................................... 49

2.3.1.

Thiết kế mơ hình ............................................................................................ 49

2.3.2.

Thơng số các thiết bị trong mơ hình............................................................... 51

2.3.3.

Quy trình hoạt động của mơ hình ................................................................... 51

2.4.

TRÌNH Tự THÍ NGHIệM....................................................................................... 52

2.4.1.

Giai đoạn thích nghi ....................................................................................... 52

2.4.2.

Giai đoạn tăng tải ........................................................................................... 53

2.5.

LẤY MẪU VÀ PHÂN TÍCH ................................................................................. 54

2.5.1.

Vị trí và tần suất lấy mẫu ............................................................................... 54

2.5.2.

Phương pháp phân tích ................................................................................... 55

2.6. Xử LÝ Số LIệU...................................................................................................... 56
CHƯƠNG 3 ........................................................................................................................ 57
KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN............................................................................................... 57
3.1.

GIAI ĐOẠN THÍCH NGHI ................................................................................... 57

3.1.1.

Hiệu suất xử lý COD ...................................................................................... 57

3.1.2.

Giá trị pH........................................................................................................ 59

3.2.

GIAI ĐOẠN TĂNG TẢI ........................................................................................ 60

3.2.1.

Hiệu suất xử lý COD ...................................................................................... 61

3.2.2.

Hiệu suất xử lý SS .......................................................................................... 65

3.2.3.

Hiệu suất xử lý NH4+-N ................................................................................. 68

3.2.4.

Mối tương quan giữa TN, NH4+-N,NO3--N ................................................... 70

3.2.5.

Hiệu suất xử lý TN ......................................................................................... 72

3.2.6.

Giá trị pH........................................................................................................ 74

3.2.7.

Hiệu suất xử lý TP.......................................................................................... 76

3.2.8.

Đánh giá sinh khối tạo thành trong bể hiếu khí IFAS .................................... 78


iv
PHẦN KẾT LUẬN ............................................................................................................ 80
1.

KẾT LUẬN............................................................................................................. 80

2.

KIẾN NGHỊ ............................................................................................................ 80

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 81
PHỤ LỤC............................................................................................................................ 84


v

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1. 1 Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư ......................................................... 8
Bảng 1. 2 Giá trị thông số ô nhiễm của các nhà máy xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam ... 9
Bảng 1. 3 Ưu và nhược điểm của bể lọc kị khí .................................................................... 24

Bảng 1. 4 Một số giống vi khuẩn và chức năng của chúng ................................................. 29
Bảng 1. 5 Ưu và nhược điểm của các hệ thống kết hợp kị khí – hiếu khí ............................ 32
Bảng 1. 6 Các đặc điểm chủ yếu của q trình kị khí, hiếu khí........................................... 33
Bảng 1. 7 Ưu và nhược điểm của bể IFAS........................................................................... 43

Bảng 2. 1 Thành phần và thông số ô nhiễm của nước thải đầu vào .................................... 48
Bảng 2. 2 Các thông số đặc trưng của giá thể .................................................................... 49
Bảng 2. 3 Thơng số các thiết bị sử dụng trong mơ hình ...................................................... 51
Bảng 2. 4 Thông số vận hành ở giai đoạn thích nghi .......................................................... 53
Bảng 2. 5 Thơng số vận hành ở giai đoạn tăng tải .............................................................. 54
Bảng 2. 6 Các chỉ tiêu phân tích .......................................................................................... 54
Bảng 2. 7 Các phương pháp phân tích ................................................................................ 55

Bảng 3. 1 Kết quả xử lý COD tại các tải trọng hữu cơ ....................................................... 62
Bảng 3. 2 Kết quả xử lý SS ở các tải trọng hữu cơ .............................................................. 66
Bảng 3. 3 Kết quả xử lý NH4+-N ở các tải trọng hữu cơ ..................................................... 69
Bảng 3. 4Kết quả xử lý TN ở các tải trọng hữu cơ .............................................................. 73
Bảng 3. 5Kết quả xử lý TP ở các tải trọng hữu cơ .............................................................. 77


vi

DANH MỤC HÌNH
Hình 1. 1 Hiện trạng quản lý nước thải đơ thị tại Việt Nam ............................................... 10
Hình 1. 2 Sơ đồ tổng quát công nghệ xử lý nước thải đơ thị tại Việt Nam .......................... 13
Hình 1. 3 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại nhà máy Bình Hưng Hịa ........................... 14
Hình 1. 4 Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải tại nhà máy Bình Hưng ................................... 15
Hình 1. 5 Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải tại thành phố Đà Nẵng .................................... 16
Hình 1. 6 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tại thành phố Đà Lạt ....................................... 17
Hình 1. 7 Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện kị khí ....................................... 20

Hình 1. 8 Phân loại các cơng nghệ xử lý kị khí ................................................................... 22
Hình 1. 9 Cấu tạo bể lọc kị khí ............................................................................................ 23
Hình 1. 10 Phân loại các cơng nghệ xử lý hiếu khí ............................................................. 28
Hình 1. 11 Phân loại các hệ thống kết hợp kị khí – hiếu khí ............................................... 32
Hình 1. 12 Cấu tạo bể IFAS ................................................................................................. 34
Hình 1. 13 Cấu tạo màng sinh học cơ bản .......................................................................... 36
Hình 1. 14 Cơ chế trao đổi chất của màng sinh học ........................................................... 38
Hình 1. 15 Mơ tả các chủng loại vi sinh vật trong lớp màng sinh học ................................ 39
Hình 1. 16 Sơ đồ mơ tả nồng độ NH3-N và NO3-N .............................................................. 41

Hình 2. 1Sơ đồ nghiên cứu .................................................................................................. 47
Hình 2. 2 Mơ hình thí nghiệm .............................................................................................. 50
Hình 2. 3 Mơ hình nghiên cứu thực tế ................................................................................. 52

Hình 3. 1 Nồng độ COD đầu vào và đầu ra trong giai đoạn thích nghi ............................. 57
Hình 3. 2 Hiệu suất xử lý COD trong giai đoạn thích nghi ................................................. 58
Hình 3. 3Giá trị pH trong giai đoạn thích nghi ................................................................... 59


vii
Hình 3. 4 Nồng độ COD đầu vào và đầu ra ở các tải trọng hữu cơ.................................... 61
Hình 3. 5 Hiệu suất xử lý COD ở các tải trọng hữu cơ ....................................................... 61
Hình 3. 6Hàm lượng SS đầu vào và đầu ra ở các tải trọng hữu cơ .................................... 65
Hình 3. 7Hiệu suất xử lý SS ở các tải trọng hữu cơ ............................................................ 65
Hình 3. 8 Nồng độ NH4+-N ở các tải trọng hữu cơ ............................................................. 68
Hình 3. 9Hiệu suất loại bỏ NH4+-N ở các tải trọng hữu cơ ............................................... 68
Hình 3. 10Mối tương quan giữa TN, NH4+-N, NO3--N ........................................................ 70
Hình 3. 11Nồng độ TN ở các tải trọng hữu cơ .................................................................... 72
Hình 3. 12Hiệu suất xử lý TN ở các tải trọng hữu cơ......................................................... 72
Hình 3. 13Giá trị pH ở các tải trọng hữu cơ ....................................................................... 74

Hình 3. 14Nồng độ TP ở các tải trọng hữu cơ .................................................................... 76
Hình 3. 15Hiệu suất xử lý TP ở các tải trọng hữu cơ .......................................................... 76
Hình 3. 16 Hàm lượng sinh khối bám dính và lơ lửng trong bể hiếu khí IFAS ................... 78


viii

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ASBR

: Anaerobic Sequencing Batch Reactor (Bể phản ứng kị khí theo mẻ)

BOD

: Biological Oxygen Demand (Nhu cầu oxy sinh học)

BTNMT

: Bộ Tài Nguyên Môi Trường

COD

: Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa học)

HRT

: Hydraulic Retention Time (Thời gian lưu nước)

HUSB

: Hydrolytic Upflow Sludge Bed (Bể phân hủy bùn dòng chảy ngược)

IFAS

: Integrated Fixed-film Activated Sludge

MBR

: Membrane Bioreactor (Bể phản ứng sinh học màng)

MLSS

: Mixed Liquor Suspended Solid

NTĐT

: Nước thải đơ thị

N

: Nitrogen

NH4+-N

: Ammonium Nitrogen (Ammonium tính theo nitơ)

NO3--N

: Nitrate Nitrogen (Nitrate tính theo nitơ)

NO2--N

: Nitrite Nitrogen (Nitrite tính theo nitơ)

QCVN

: Quy chuẩn Việt Nam

SRT

: Sludge Retention Time (Thời gian lưu bùn)

SS

: Suspended Solid (Chất rắn lơ lửng)

SVI

: Sludge Volume Index (Chỉ số thể tích bùn)

TSS

: Total Suspended Solid (Tổng chất rắn lơ lửng)

TN

: Total Nitrogen (Tổng nitơ)

P

: Phosphorous

TP

: Total Phosphorous (Tổng Photpho)


ix
TP. HCM : Thành phố Hồ Chí Minh
VSS

: Volatile Suspended Solid (Chất rắn lơ lửng bay hơi)

UASB

: Upflow Anaerobic Sludge Blanket (Bể dịng chảy ngược qua tầng
bùn kị khí)

USBF

: Upflow Sludge Blanket Filter (Lọc dòng ngược bùn sinh học)

XLNT

: Xử lý nước thải


Phần mở đầu

1

PHẦN MỞ ĐẦU
1. TÍNH CẤP THIẾT
Theo báo cáo “Đánh giá đơ thị hóa ở Việt Nam” của Ngân hàng Thế giới, tính đến
năm 2011, Việt Nam đang ở những bước đầu tiên của q trình đơ thị hóa và sẽ
sớm chuyển sang giai đoạn trung gian với dân số đơ thị chiếm 34% dân số tồn
quốc và tốc độ tăng trưởng là 3,4% mỗi năm. Như vậy, quá trình đơ thị hóa đã và
đang gây ra áp lực lớn đối với hệ thống hạ tầng kỹ thuật, trong đó có thốt nước và
xử lý nước thải đơ thị [1].Theo báo cáo “Đánh giá hoạt động quản lý nước thải đô
thị tại Việt Nam” của Ngân hàng Thế giớicho biết trong năm 2012 có 17 nhà máy
xử lý nước thải đô thị đã được xây dựng ở thủ đô Hà Nội, thành phố Đà Nẵng và
TP. HCM cùng với 5 dự án khác ở các đô thị cấp tỉnh với tổng công suất là 530.000
m3/ngày, chiếm 10% tổng lượng nước thải phát sinh [2]. Ngoài ra, Trung tâm
Chống ngập TP. HCMcũng khẳng định trong tương lai thành phố sẽ đầu tư xây
dựng thêm nhiều nhà máy XLNT đô thị. Cụ thể như: nhà máy XLNT Tây Sài Gòn ở
quận Tân Phú, công suất 150.000 m3/ngày; nhà máy XLNT Bắc Sài Gịn 1 ở quận
Thủ Đức, cơng suất 139.000 m3/ngày; nhà máy XLNT Bình Hưng (giai đoạn 2) ở
huyện Bình Chánh, công suất 469.000 m3/ngày; nhà máy XLNT Tham Lương-Bến
Cát ở quận 12, công suất 131.000 m3/ngày; nhà máy XLNT Suối Nhum ở quận Thủ
Đức, công suất 65.000 m3/ngày.
Cũng theo báo cáo “Đánh giá hoạt động quản lý nước thải đô thị tại Việt Nam” của
Ngân hàng Thế giớiđã đưa ra những nhận xét tổng quát rằng những công nghệ hiện
đang áp dụng chủ yếutại các nhà máy XLNT là q trình bùn hoạt tính bao gồm:
bùn hoạt tính truyền thống, kị khí – thiếu khí – hiếu khí, phản ứng theo mẻ hoặc
mương ơ-xy hóa. Đây là những cơng nghệ vốn phù hợp để xử lý nước thải có nồng
độ ơ nhiễm ở mức độ trung bình. Q trình xử lý NTĐT ở Việt Nam vẫn đang ở
giai đoạn khởi đầu và sẽ đối mặt với nhiều trở ngại về kỹ thuật và tài chính, đó là
hiệu quả và chi phí xử lý [2].Trong đó, cơng nghệ xử lý kết hợp kị khí - hiếu khí
đang là một giải pháp tiếp cận. J.A. A´ lvarez và cộng sự(2008)đã đặt bể lọc kị khí
phía trước khu đất ngập nước nhằm kiểm sốt việc tắc nghẽn và giảm tải lượng ơ

Phần mở đầu

2

nhiễm nhờ khả năng cao trong loại bỏ SS và COD [3].Yi Jing Chan và cộng sự
(2009) đã nhận định sự kết hợp này đem lại nhiều ưu điểm trong xử lý nước thải
như giảm diện tích, bớt chi phí nhưng hiệu quả cao và chia thành 4 dạng: kị khí và
hiếu khí khác bể, kị khí và hiếu khí cùng bể, kị khí và hiếu khí trong một chu kỳ
gián đoạn và kị khí và hiếu khí sinh trưởng trong cùng vật mang [4].
Hơn nữa,T. Sriwiriyarat và C.W. Randall (2005)đã cho biết IFAS là một quá trình
đầy hứa hẹn nhằm tăng cường khả năng nitrat hóa và khử nitrat đối với các hệ thống
bùn hoạt tính thơng thường cần nâng cấp nhờ lớp màng sinh học trên bề mặt giá thể
để xử lý thành phần dinh dưỡng có trong nước thải, đặc biệt khi diện tích mặt bằng
bị hạn chế hoặc chi phí đầu tư là khơng nhiều [5]. Một nghiên cứu khác của T.
Sriwiriyarat và cộng sự (2008) đã chỉ ra rằng khi giảm thời gian lưu nước (HRT) và
thời gian lưu bùn (SRT) hoặc tăng tải trọng hữu cơ thì bể IFAS vẫn hoạt động ổn
định, duy trì được hiệu suất xử lý chất hữu cơ và chất dinh dưỡng cao hơn bể bùn
hoạt tính thông thường. Đồng thời nghiên cứu này cũng tiến hành quan sát sự phát
triển của các vi sinh vật dạng sợi trong cả hai bể IFAS và bể bùn hoạt tính với cùng
các điều kiện vận hành. Khi vi sinh vật dạng sợi phát triển làm giảm hiệu quả xử lý
và giảm q trình nitrat hóa trong bể bùn hoạt tính. Đối với bể IFAS, nồng độ sinh
khối được tăng cường nhờ lượng vi sinh bám dính trên giá thể, sử dụng phần lớn
các chất hữu cơ trong nước thải làm giảm lượng thức ăn của vi sinh vật dạng sợi,
góp phần ổn định q trình xử lý.Q trình nitrat hóa cũng được hồn thiện hơn
trong bể IFAS, ít phụ thuộc vào HRT và SRT [6].
Từ những phân tích và nhận định trên đây, đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải đơ
thị bằng cơng nghệ lọc kị khí kết hợp hiếu khí IFAS” đã được đề xuất và thực
hiện nhằm góp phần giải quyết những vấn đề nêu trên nhưgiảm bớt chi phí xử lý và

tăng cường hiệu quả xử lý nhằm đáp ứng các yêu cầu về kinh tế và kỹ thuật.
2. MụC TIÊU Đề TÀI
Đề tài nghiên cứu được thực hiện nhằm đánh giá hiệu quả xử lý NTĐT bằng mơ
hình kết hợp lọc kị khí – hiếu khí IFAS trên quy mơ phịng thí nghiệm thơng qua
2giai đoạn sau:


Phần mở đầu

-

3

Đánh giá hiệu quảxử lý COD và SS trong nước thải đơ thịthơng quabể lọc kị
khí;

-

Đánh giá khả năng tăng cường xử lý các chất dinh dưỡng N, P thơng qua bể
hiếu khí IFAS.

3. NộI DUNG Đề TÀI
Đề tài nghiên cứu được thực hiện theo các nội dung sau:
 Nội dung 1:Giới thiệu tổng quan về nước thải đô thị và công nghệ IFAS
-

Giới thiệu tổng quan về nước thải đô thị và hiện trạng xử lý nước thải đơ thị
tại Việt Nam;

-

Trình bày cơ sở lý thuyết của các q trình sinh học: kị khí, hiếu khí;

-

Xu hướng kết hợp kị khí và hiếu khí trong XLNT;

-

Giới thiệu q trình hiếu khí IFAS;

-

Tổng hợp một số nghiên cứu trong và ngồi nước có liên quan đến đề tài.

 Nội dung 2: Thiết lập mơ hình nghiên cứu ở quy mơ phịng thí nghiệm
-

Lập kế hoạch và sơ đồ nghiên cứu;

-

Chế tạo mơ hìnhở quy mơ phịng thí nghiệm;

-

Tổng hợp và thu thập các vật liệu phục vụ nghiên cứu: nước thải, bùn kị khí,
bùn hiếu khí và các loại giá thể;

-

Tiến hành lấy mẫu và phân tích mẫu nước thải, mẫu bùn ban đầu trước khi
khởi động mơ hình.

 Nội dung 3: Vận hành mơ hình theo các tải trọng khác nhau
-

Chạy thích nghi mơ hình với tốc độ nước dâng trong bể lọc kị khí là 0,025
m/giờ và với tải trọng hữu cơ 0,3 kgCOD/m3.ngày trong bể hiếu khí IFAS;

-

Vận hành mơ hình ở HRT của bể lọc kị khí giảm dần từ 7,68 đến 2,25 giờ
tương ứng với các tải trọng hữu cơ củabể hiếu khí IFAS tăng dần từ 0,5 đến
1,7 kgCOD/m3.ngày;

-

Lấy mẫu theo trình tự kế hoạch đề ra và phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, SS,
NH4+-N, NO3--N, NO2--N, TN, TP, MLSS.


Phần mở đầu

4

 Nội dung 4: Trình bày kết quả
-

Dựa trên kết quả phân tích, tiến hành tính tốn, xử lý số liệu và dựng đồ thị

thể hiện kết quả bằng phần mềm Excel;

-

Trình bày và thảo luận các kết quả thông qua đồ thị.

4. ĐốI TƯợNG VÀ PHạM VI NGHIÊN CứU
 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài bao gồm:
-

Nước thải đô thị được lấy tại hố thu của Trạm bơm Phú Lâm, quận 6, TP.
HCM;

-

Mô hình nghiên cứuđược chế tạo bằng mica ở quy mơ phịng thí nghiệm,
gồm bể lọc kị khí, bể hiếu khí IFASvà bể lắng nối tiếp nhau;

-

Giá thể sử dụng trong bể lọc kị khí là giá thể Anox Kaldnes K3 của nhà cung
cấp Veolia Water Solutions TechnologiesViệt Nam và trong bể hiếu khí
IFAS là Mutag BioChipTM của nhà cung cấp Industrial Water Engineers
(M) Sdn. Bhd (Malaysia).

 Phạm vi nghiên cứu
-

Đề tài được thực hiện với nước thải lấy tại Trạm bơm Phú Lâm thuộc quận 6,

TP. HCM. Trạm bơm này phục vụ tiêu thốt nước các tuyến cống Bình Thới,
Minh Phụng, 3 tháng 2, Hùng Vương thuộc lưu vực Hàng Bàng.

-

Q trình nghiên cứu trên mơ hình kết hợp lọc kị khí – hiếu khí IFAS tiến
hànhtheo 5 tải trọng hữu cơ củabể hiếu khí IFAS: 0,5; 0,8; 1,1; 1,4; 1,7
kgCOD/m3.ngày tương ứng với thời gian lưu nước củabể lọc kị khí lần lượt
là: 7,68; 4,8; 3,5; 2,7;2,25 giờ.Nồng độ COD đầu vào bể lọc kị khí dao động
trong khoảng 387 – 469 mg/L;

-

Mơ hình được đặt tại Trạm bơm Phú Lâm, Q.6 và được vận hành trong điều
kiện nhiệt độ phịng dao động từ 30 – 32oC.

-

Các thí nghiệm phân tích mẫu được tiến hành tại phịng thí nghiệm thuộc
Viện Môi trường và Tài nguyên – Đại học Quốc gia TP. HCM.


Phần mở đầu

5

5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
 Tổng quan tài liệu
Tiến hành thu thập thông tin, tài liệu, số liệu về đối tượng và phạm vi nghiên cứu
trên tất cả các nguồn sáchbáo, giáo trình, tạp chí khoa học, internet.Phân tích, tổng

hợp làm cơ sở cho việc định hướng và thực hiện các nội dung nghiên cứu.
 Thực nghiệm mô hình
Thiết kế, chế tạo và ứng dụng mơ hình ở quy mơ phịng thí nghiệm. Lập kế hoạch
vận hành, thu thập và phân tích mẫu để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải đơ thị của
mơ hình nghiên cứu.
 Lấy mẫu và phân tích
Mẫu nước được lấy tại các vị trí:đầu vào và đầu ra bể lọc kị khí, đầu ra bể hiếu khí
IFAS. Các chỉ tiêuđược phân tích theo các phương pháp trong Qui chuẩn Việt Nam
(QCVN) kết hợp với Standard Methods for the Examination of Water and
Wastewater (APHA, Eaton DA, và AWWA).
 Đối chiếu so sánh
Các tài liệu, số liệu từ lý thuyết và các cơng trình nghiên cứu có liên quan đến đề tài
được dùng làm tư liệu đối chiếu và so sánh. Từ đó đưa ra những đánh giá khách
quan về hiệu quả hoạt động của mơ hình nghiên cứu.
 Xử lý số liệu
Số liệu được trình bày trong luận văn là giá trị trung bình từ ba lần thí nghiệm. Độ
lệch chuẩn của các thơng số khảo sát được tính tốn bằng phần mềm Excel. Độ tin
cậy của các số liệu thực nghiệm nằm ở mức 95-98%.
6. Ý NGHĨA Đề TÀI
 Ý nghĩa khoa học
-

Sự kết hợp giữa kị khí và hiếu khí nhằm giảm tải trọng đầu vào cho việc xử
lý nước thải đơ thị bằng phương pháp hiếu khí truyền thống;


Phần mở đầu

-

6

Sự kết hợp giá thể cùng với quá trình bùn hoạt tính (q trình IFAS) góp
phần tăng cường hiệu quả xử lý chất hữu cơ và chất dinh dưỡng trong nước
thải đô thị.

 Ý nghĩa thực tiễn
Khi đề tài đạt được các mục tiêu đề ra, khả năng ứng dụng của hệ thống kết hợp này
vào thực tiễn là rất lớn. Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần cải thiện những
khía cạnh sau:
-

Về mặt kỹ thuật: Cơng nghệ kết hợp lọc kị khí phía trước hiếu khí IFAS đảm
bảo hiệu suất xử lý của hệ thống ln ổn định trong trường hợp nước thải
đầu vào có nồng độ các chất ô nhiễm tăng cao;

-

Về mặt kinh tế: Cơng nghệ kết hợp lọc kị khí - hiếu khí IFAS đạt hiệu quả xử
lý COD, N, P, SS cao hơn tương ứng HRT và SRT thấp hơn so với q trình
bùn hoạt tính thơng thường. Do đó góp phần tiết kiệm diện tích xây dựng,
giảm chi phí vận hành bể hiếu khí;

-

Về mặt mơi trường: Áp dụng cơng nghệ IFAS trong xử lý nước thải góp
phần giảm lượng bùn thải bỏ, giảm áp lực trong xử lý bùn.

7. TÍNH MớI CủA Đề TÀI
Các cơng nghệ đang được áp dụng trong xử lý NTĐT tại Việt Nam chủ yếu là q

trình bùn hoạt tính.Việctiến hành đề tài nghiên cứutrên mơ hìnhkết hợp lọc kị khí hiếu khí IFAS trong xử lý NTĐTgóp phần cải thiện được những hạn chế của quá
trình trên như đảm bảo hiệu quả xử lý khi tăng tải trọng hữu cơ, kết hợp tăng cường
hiệu quả xử lý các chất dinh dưỡng và góp phần giảm chi phí xử lý.


Chương 1: Tổng quan

7

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. TổNG QUAN Về NƯớC THảI ĐƠ THỊ
1.1.1. Nguồn gốc nước thải đơ thị
Nước thải đô thị là thuật ngữ chung chỉ chất lỏng trong hệ thống cống thoát nước
của thành phố, bao gồm: nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp, nước thải thấm
qua và nước thải tự nhiên.
 Nước thải sinh hoạt
Nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người. Một
số các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện, trường học, nhà ăn… cũng
tạo ra loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt.
 Nước thải công nghiệp
Nước thải công nghiệp từ các nhà máy đang hoạt động, bao gồm cả nước thải sinh
hoạt của công nhân và nước thải sản xuất.
 Nước thải thấm qua
Đây là loại nước mưa thấm vào hệ thống cống bằng nhiều cách khác nhau qua các
khớp nối, các ống có khuyết tật hoặc thành của hố ga.
 Nước thải tự nhiên
Nước mưa được xem như nước thải tự nhiên. Ở những thành phố hiện đại, nước thải
tự nhiên được thu gom như một hệ thống thốt nước riêng.
1.1.2. Tính chất đặc trưng của nước thải đô thị

NTĐT thường gồm khoảng 50% là nước thải sinh hoạt, 14% là các loại nước thấm
và 36% là nước thải sản xuất[7].
-

Theo báo cáo “Đánh giá hoạt động quản lý nước thải đô thị tại Việt Nam”
của Ngân hàng Thế giới, đặc trưng của nước thải sinh hoạt là thường chứa


Chương 1: Tổng quan

8

nhiều tạp chất khác nhau, bao gồm khoảng 52% là các chất hữu cơ, 48% là
các chất vô cơ và một lượng lớn vi sinh vật. Trung bình có khoảng 20 – 40%
chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thốt ra khỏi các q trình xử lý sinh học
cùng với bùn [2].
-

Nước thải cơng nghiệp có thành phần và tính chất rất đa dạng và phức tạp.
Thành phần ơ nhiễm chính của nước thải cơng nghiệp là các chất vơ cơ, các
chất hữu cơ dạng hịa tan, các chất hữu cơ vi lượng gây mùi vị, các chất hữu
cơ khó phân hủy sinh học, các chất hoạt động bề mặt.

-

Nước mưa là nguồn nước tương đối sạch, đáp ứng được một số tiêu chuẩn
dùng nước.

Thành phần và các thông số đặc trưng của NTĐT được thể hiện trong các bảng sau:
Bảng 1. 1 Thành phần nước thải sinh hoạt khu dân cư

Thông số

Đơn vị

Khoảng giá trị

Giá trị trung bình

Chất rắn lơ lửng (SS)

mg/L

100 - 350

220

BOD5

mg/L

110 - 400

220

Tổng Nitơ

mg/L

20 - 85

40

N-NH4+

mg/L

12 - 50

25

N-NO2-

mg/L

0 – 0,1

0,05

N-NO3-

mg/L

0,1 – 0,4

0,2

Tổng Photpho

mg/L

-

8
Nguồn: Metcalf& Eddy(2004)[8]

Cũng theo báo cáo “Đánh giá hoạt động quản lý nước thải đô thị tại Việt Nam” của

Ngân hàng Thế giới (2013) cho thấy, các đô thị lớn tại Việt Nam đang sử dụng 2 hệ
thống thoát nước chung và riêng để thu gom NTĐT. Nồng độ các chất ơ nhiễm
trong nước thải từ hệ thống thốt nước chung nhỏ hơn nhiều so với nước thải từ hệ
thống thoát nước riêng. Đối với hệ thống thoát nước chung, nước mưa và nước thải
được thu gom trong một hệ thống cống khiến nước thải chảy về nhà máy xử lý có
nồng độ hữu cơ rất thấp. Hệ thống thốt nước riêng được thiết kế để thu gom và vận
chuyển nước thải riêng rẽ, không lẫn nước mưa và nước chảy bề mặt. Nước thu


Chương 1: Tổng quan

9

gom và vận chuyển về nhà máy xử lý chỉ là nước thải sinh hoạt, do vậy có nồng độ
chất hữu cơ cao [2].
Bảng 1. 2Giá trị thông số ô nhiễm của các nhà máy xử lý nước thải đô thị tại Việt Nam
STT

Nhà máy XLNT

Hệ thống
thu gom

BOD

COD

TSS

NH4+-N

TN

Hà Nội
1

Kim Liên

Chung

94

189

86

18

44

2

Trúc Bạch

Chung

94

191

91

-

39

3

Bắc Thăng Long

Chung

60

115

57

-

44

4

Yên Sở

Chung

45

132

51

28

34

TP. HCM
5

Bình Hưng

Chung

42

135

103

-

11

6

Bình Hưng Hòa

Chung

78

203

49

18

-

Đà Nẵng
7

Hòa Cường

Chung

67

123

61

-

24

8

Ngũ Hành Sơn

Chung

34

64

28

-

16

9

Sơn Trà

Chung

39

70

40

-

18

10

Phú Lộc

Chung

101

178

73

-

28

Quảng Ninh
11

Bãi cháy

Chung

36

80

195

1,3

0,1

12

Hà Khánh

Chung

45

68

41

1,1

0,2

604

792

68

95

564

285

36

93

-

120

-

0,2

-

QCVN40:2011/BTNMT, loại A

30

75

50

5

20

QCVN40:2011/BTNMT, loại B

50

150

100

10

40

Đà Lạt
13

Đà Lạt

Riêng

380

Buôn Ma Thuột
14

Buôn Ma Thuột

Riêng

336
Bắc Giang

15

Bắc Giang

Chung

Nguồn: Ngân hàng Thế giới(2013) [2]