Ứng dụng hạt PVA gel để cố định sinh khối AOB và anammox cho xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HOÀNG DŨNG - 1770285

ỨNG DỤNG HẠT PVA GEL ĐỂ CỐ ĐỊNH SINH KHỐI
AOB VÀ ANAMMOX CHO XỬ LÝ NITƠ
TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT
NITROGEN REMOVAL FROM DOMESTIC
WASTEWATER BY AOB AND ANAMMOX BACTERIA
IMMOBILIZED ON PVA GEL PARTICLES
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường
Mã số: 8520320

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 01 năm 2020


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

NGUYỄN HOÀNG DŨNG - 1770285

ỨNG DỤNG HẠT PVA GEL ĐỂ CỐ ĐỊNH SINH KHỐI
AOB VÀ ANAMMOX CHO XỬ LÝ NITƠ
TRONG NƯỚC THẢI SINH HOẠT
NITROGEN REMOVAL FROM DOMESTIC
WASTEWATER BY AOB AND ANAMMOX BACTERIA
IMMOBILIZED ON PVA GEL PARTICLES
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường

Mã số: 8520320

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Xác nhận của Khoa MT&TN

Xác nhận của GVHD

PGS.TS. Nguyễn Phước Dân

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 2020


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS.TS. Nguyễn Phước Dân
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 1 : PGS.TS. Lê Thị Kim Oanh
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)

Cán bộ chấm nhận xét 2 : PGS.TS. Lê Hùng Anh
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký)
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày 24 tháng 12 năm 2019
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1.

GS.TS. Nguyễn Văn Phước

2.

TS. Võ Thanh Hằng

3.

PGS.TS. Lê Thị Kim Oanh

4.

PGS.TS. Lê Hùng Anh

5.

TS. Nguyễn Nhật Huy

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).
CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA
MƠI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUN


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
_______________

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

_______________

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN HOÀNG DŨNG
Ngày, tháng, năm sinh: 26/10/1988
Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường

MSHV: 1770285
Nơi sinh: Tp. HCM
Mã số : 60520320

I. TÊN ĐỀ TÀI: Ứng dụng hạt PVA Gel để cố định sinh khối AOB và Anammox
cho xử lý Ni tơ trong nước thải sinh hoạt (Nitrogen removal from domestic
wastewater by AOB and Anammox bacteria immobilized on PVA Gel particles).
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
- Đánh giá hiệu quả xử lý Nitơ của quá trình SANR với chất mang PVA gel
cho nước thải căn tin và nước thải văn phòng cho th.
- Vận hành mơ hình PVA gel ở các tải trọng Nitơ khác nhau để đánh giá hiệu
quả xử lý nitơ.
- Đánh giá hoạt tính bùn AOB, NOB và anammox ở các tải trọng vận hành
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 11/02/2019
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 02/06/2019 (Gia hạn tới 08/12/2019)
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS. Nguyễn Phước Dân
Tp.HCM, ngày … tháng … năm ……
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
(họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO
(họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA MÔI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUYÊN
(họ tên và chữ ký)


LỜI CẢM ƠN
Trải qua thời gian học và nghiên cứu tại trường, tơi đã hồn thành Luận văn thạc sỹ
chun ngành Kỹ thuật Môi trường. Lời đầu tiên, tôi chân thành cảm ơn thầy
PGS.TS Nguyễn Phước Dân, người đã luôn tận tình hướng dẫn, định hướng và tạo
mọi điều kiện tốt nhất về tài chính để tơi thực hiện thí nghiệm trong luận văn.
Tôi chân thành cảm ơn tập thể Thầy, Cô Khoa Môi trường và Tài nguyên – Đại học
Bách khoa – Đại học Quốc gia thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình truyền đạt kiến
thức, phương pháp học tập, nghiên cứu trong thời gian tôi học tại trường. Đồng thời,
tơi xin chân thành cảm ơn phịng thí nghiệm khoa Môi trường và Tài nguyên, đã tạo
điều kiện tốt nhất về cơ sở vật chất, trang thiết bị trong quá trình thực hiện nghiên
cứu.
Xin cảm ơn các bạn lớp cao học, các em sinh viên trong nhóm nghiên cứu đã luôn
sát cánh cùng tôi, nhất là trong các thời điểm khó khăn.
Tơi cảm ơn gia đình đã tạo điều kiện tốt nhất về tài chính và tinh thần để tơi hồn
thành khóa học này.
Một lần nữa tơi chân thành cảm ơn tập thể các Thầy, Cô, các bạn, gia đình và nhà
trường đã tạo điều kiện tốt, cho tôi nhiều cơ hội học tập, nghiên cứu tại trường.
Tp. HCM, ngày 08 tháng 12 năm 2019

Nguyễn Hoàng Dũng


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Nhằm mục đích nghiên cứu ứng dụng hạt gel Poly Vinyl Alcohol (PVA gel)
để cố định sinh khối Ammonium Oxidation Bacteria (AOB) và anammox cho xử lý
nitơ trong nước thải sinh hoạt, nhóm nghiên cứu đã vận hành mơ hình Single-stage

Autotrophic Nitrogen Removal (SANR) với bùn anammox và AOB được cố định
trong PVA gel. Nước thải được sử dụng là nước thải căn tin và nước thải văn phịng,
nhóm điều chỉnh lưu lượng nước thải đầu vào để thay đổi các tải trọng nitơ
(Nitrogen Loading Rate – NLR) khác nhau. Mơ hình được sục khí gián đoạn để tạo
điều kiện DO thấp, và có dịng tuần hồn nội bộ để tạo điều kiện xáo trộn nước thải
tốt. Nhóm nghiên cứu thực hiện thí nghiệm để đánh giá hiệu quả xử lý nitơ và đánh
giá hoạt tính bùn anammox, AOB, Nitrite Oxidation Bacteria (NOB) ở những giai
đoạn khác nhau của quá trình vận hành.
Đối với nước thải căn tin, hiệu suất xử lý tổng nitơ (TN) đạt trung bình 53% ở
NLR trung bình = 0.34 kgN/m3.ngày, tương ứng với thời gian lưu nước (Hydraulic
Retention Time – HRT) = 4.8 giờ, hiệu suất TN đạt cực đại ở mức 74%. Đối với
nước thải văn phòng, hiệu suất xử lý TN đạt trung bình 53% ở NLR trung bình =
0.51 kgN/m3.ngày, tương ứng với HRT = 6 giờ, hiệu suất TN đạt cực đại ở mức
73%.
Đối với nước thải căn tin, hoạt tính AOB cao nhất là 75.7 mg NH4+-N/g
VSS.ngày ở NLR = 0.11 kgN/m3.ngày và hoạt tính anammox cao nhất là 89.83 mg
N2-N/g VSS.ngày ở NLR = 0.34 kgN/m3.ngày. Đối với nước thải văn phịng, hoạt
tính AOB cao nhất là 36.16 mg NH4+-N/g VSS.ngày ở NLR = 0.51 kgN/m3.ngày và
hoạt tính anammox cao nhất là 66.41 mg N2-N/g VSS.ngày ở NLR = 0.51
kgN/m3.ngày.
Với kết quả đạt được, nhóm nhận thấy ứng dụng hạt PVA gel để cố định sinh
khối AOB và anammox phù hợp cho xử lý nitơ trong nước thải sinh hoạt.


ABSTRACT
In order to study nitrogen removal from domestic wastewater by Ammonium
Oxidation Bacteria (AOB) and anammox bacteria immobilized on Poly Vinyl
Alcohol (PVA) gel particles, I operate the Single-stage Autotrophic Nitrogen
Removal (SANR) model with AOB and anammox are immobilized in PVA gel.
Wastewater used is canteen and office wastewater, I adjusted input flowrate to

change the different Nitrogen Loading Rates (NLR). The model is intermittently
aerated to facilitate low DO, and has internal circulation to facilitate good mixing of
wastewater. I conducted experiments to evaluate the performance of nitrogen
removal and evaluate specific activity of anammox and AOB at different stages of
the operation.
For canteen wastewater, the total nitrogen (TN) removal averages 53% at the
average NLR = 0.34 kgN/m3.day, corresponding to the Hydraulic Retention Time
(HRT) = 4.8 hours, the TN removal reach a peak at 74%. For office wastewater, the
TN removal averages 53% at the average NLR = 0.51 kgN/m3.day, corresponding
to HRT = 6 hours, the TN removal reach a peak at 73%
For canteen wastewater, the highest specific activity of AOB is 75.7 mg NH4+N/g VSS.day at NLR = 0.11 kgN/m3.day and the highest specific activity of
anammox is 89.83 mg N2-N/g VSS.day at NLR = 0.34 kgN/m3.day. For office
wastewater, the highest specific activity of AOB is 36.16 mg NH4+-N/g VSS.day at
NLR = 0.51 kgN/m3.day and the highest specific activity of anammox is 66.41 mg
N2-N/g VSS.day at NLR = 0.51 kgN/m3.day.
The results achieved show that application of PVA gel particles for
immobilizing AOB and anammox bacteria is suitable for nitrogen removal in
domestic wastewater.


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập –Tự do – Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN
Họ và tên học viên: NGUYỄN HOÀNG DŨNG

MSHV: 1770285

Ngày tháng năm sinh: 26/10/1988

Nơi sinh: Tp.HCM

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường

MS: 60520320

Tên đề tài: Ứng dụng hạt PVA Gel để cố định sinh khối AOB và Anammox cho
xử lý Ni tơ trong nước thải sinh hoạt (Nitrogen removal from domestic
wastewater by AOB and Anammox bacteria immobilized on PVA Gel
particles).
Ngày bắt đầu: 11/02/2019
Ngày hoàn thành: 08/12/2019
Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Phước Dân
Tôi cam đoan luận văn này là cơng trình nghiên cứu của tơi. Những kết quả và số
liệu trong luận văn chưa được ai công bố dưới bất cứ hình thức nào. Tơi hồn tồn
chịu trách nhiệm trước Nhà trường về sự cam đoan này.
Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 10 tháng 01 năm 2020

Nguyễn Hoàng Dũng


i

MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ....................................................................................... iv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT.................................................................................. vi
CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU..................................................................................1
1.1. Đặt vấn đề ...................................................................................................1
1.2. Mục tiêu nghiên cứu ..................................................................................2

1.3. Nội dung nghiên cứu .................................................................................2
1.4. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................3
1.5. Phương pháp nghiên cứu ..........................................................................3
1.6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn ..................................................................3
1.6.1.

Ý nghĩa khoa học .............................................................................3

1.6.2.

Ý nghĩa thực tiễn ..............................................................................3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ................................................................................4
2.1. Tổng quan về nước thải sinh hoạt ............................................................4
2.1.1.

Nước thải sinh hoạt ..........................................................................4

2.1.2.

Xử lý nước thải sinh hoạt .................................................................5

2.2. Quá trình Deammonification ...................................................................6
2.2.1.

Cơ chế ..............................................................................................6

2.2.2.

Quá trình one-stage anammox và two-stage anammox ...................7

2.2.3.

Các yếu tố ảnh hưởng ......................................................................8

2.2.4.

Hiệu quả xử lý ..................................................................................9

2.3. Các ứng dụng hạt PVA Gel vào xử lý nước thải ..................................10
2.4. Quá trình CANON dùng hạt gel PVA cố định AOB và anammox .....13
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..............................................15
3.1. Thí nghiệm 1a: Đánh giá khả năng xử lý nitơ đối với nước thải căn tin
..........................................................................................................................15
3.1.1.

Vật liệu ...........................................................................................15

3.1.2.

Điều kiện vận hành ........................................................................18

NGUYỄN HOÀNG DŨNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ


ii

3.2. Thí nghiệm 1b: Đánh giá khả năng xử lý nitơ đối với nước thải văn

phòng ...............................................................................................................20
3.2.1.

Vật liệu ...........................................................................................20

3.2.1.

Điều kiện vận hành ........................................................................21

3.3. Thí nghiệm 2: Đánh giá hoạt tính bùn Anammox, AOB, NOB ..........23
3.2.1.

Vật liệu ...........................................................................................23

3.2.2.

Phương pháp ..................................................................................24

3.4. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu ................................................25
3.4.1.

Phương pháp phân tích...................................................................25

3.4.2.

Phương pháp xử lý số liệu..............................................................26

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ....................................................29
4.1 Thí nghiệm 1: Đánh giá khả năng xử lý nitơ .........................................29
4.1.1

Các thành phần nitơ .......................................................................29

4.1.2

pH và độ kiềm ................................................................................39

4.1.3

COD ...............................................................................................42

4.1.4

Tính chất vật lý của hạt PVA gel ...................................................44

4.2 Thí nghiệm 2: Đánh giá hoạt tính bùn AOB, NOB và anammox ........47
4.2.1

Hoạt tính AOB và NOB .................................................................47

4.2.2

Hoạt tính anammox (SAA) ............................................................52

4.3 Thảo luận chung .......................................................................................56
CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................57
5.1 Kết luận .....................................................................................................57
5.2 Kiến nghị ...................................................................................................58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................59
PHỤ LỤC .................................................................................................................63

NGUYỄN HOÀNG DŨNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ


iii

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt chưa xử lý (Metcalf
& Eddy, 2013) .............................................................................................................5
Bảng 2.2 Các công nghệ đang áp dụng tại Việt Nam tại thời điểm khảo sát (World
Bank, 2013) .................................................................................................................6
Bảng 2.3 Tổng quan sự chuyển hóa Nitơ và tốc độ tiêu thụ NH4+-N trong các mơ
hình ứng dụng nitrite hóa bán phần và anammox (Third và cộng sự, 2005) ..............9
Bảng 3.1 Thành phần nước thải căn tin ....................................................................18
Bảng 3.2 Thành phần vi lượng ..................................................................................18
Bảng 3.3 Điều kiện vận hành mô hình nước thải căn tin ..........................................19
Bảng 3.4 Thành phần nước thải văn phòng cho thuê ................................................21
Bảng 3.5 Điều kiện vận hành mơ hình nước thải văn phịng cho th .....................22
Bảng 3.6 Thành phần nước thải nhân tạo (Hoa và cộng sự, 2006) ...........................23
Bảng 3.7 Thành phần vi lượng (Hoa và cộng sự, 2006) ...........................................23
Bảng 3.8 Các phương pháp phân tích .......................................................................26
Bảng 4.1 Đặc điểm vật lý của hạt PVA Gel mang sinh khối theo thời gian .............44
Bảng 4.2 Các thông số dịng vào và dịng ra trung bình của nước thải căn tin.........45
Bảng 4.3 Các thơng số dịng vào và dịng ra trung bình của nước thải văn phịng...46
Bảng 4.4 Hoạt tính riêng của vi khuẩn AOB và NOB với nước thải căn tin ............49
Bảng 4.5 Hoạt tính riêng của vi khuẩn AOB và NOB với nước thải văn phòng ......51
Bảng 4.6 Hoạt tính riêng của vi khuẩn anammox với nước thải căn tin...................53
Bảng 4.7 Hoạt tính riêng của vi khuẩn anammox với nước thải văn phịng.............55

NGUYỄN HỒNG DŨNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ


iv

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 2.1 Hiện trạng quản lý nước thải đơ thị tại Việt Nam (World Bank, 2013) ......4
Hình 2.2 Cơng thức cấu tạo Polyvinyl alcohol (VectorStock.com)..........................10
Hình 2.3 Quy trình sản xuất PVA Gel (Quan và cộng sự, 2010)..............................13
Hình 3.1 Nội dung nghiên cứu của đề tài..................................................................15
Hình 3.2 Mơ hình SANR cho nước thải căn tin ........................................................15
Hình 3.3 Quy trình sản xuất PVA Gel tại phịng thí nghiệm ....................................17
Hình 3.4 Mơ hình SANR cho nước thải văn phịng cho thuê ...................................20
Hình 3.5 Các bước thực hiện đánh giá hoạt tính bùn Anammox (SAA) ..................24
Hình 3.6 Các bước đánh giá hoạt tính bùn AOB và NOB ........................................25
Hình 4.1 Diễn biến các thành phần nitơ dòng vào và dòng ra của nước thải căn tin29
Hình 4.2 Diễn biến hiệu suất xử lý nitơ đối với nước thải căn tin ............................30
Hình 4.3 Nitơ dòng vào và ra ở các tải trọng khác nhau, nước thải căn tin ..............31
Hình 4.4 Diễn biến các thành phần nitơ dòng vào và dòng ra của nước thải văn
phịng .........................................................................................................................34
Hình 4.5 Diễn biến hiệu suất xử lý nitơ đối với nước thải văn phịng cho th .......35
Hình 4.6 Nitơ dòng vào và ra ở các tải trọng khác nhau, nước thải văn phịng ........36
Hình 4.7 Diễn biến pH và độ kiềm đối với nước thải căn tin ...................................39
Hình 4.8 Diễn biến pH và độ kiềm đối với nước thải văn phịng cho th ..............40
Hình 4.9 Diễn biến COD đối với nước thải căn tin ..................................................42
Hình 4.10 COD trung bình đầu vào và đầu ra đối với nước thải căn tin ..................42
Hình 4.11 Diễn biến COD đối với nước thải văn phịng cho th ............................43

Hình 4.12 COD trung bình đầu vào và đầu ra đối với nước thải văn phịng cho th
...................................................................................................................................43
Hình 4.13 Nồng độ NH4+-N, NO2--N, NO3--N theo thời gian trong thí nghiệm hoạt
tính bùn AOB và NOB, nước thải căn tin, HRT = 28.8h ..........................................48
Hình 4.14 Nồng độ NH4+-N, NO2--N, NO3--N theo thời gian trong thí nghiệm hoạt
tính bùn AOB và NOB, nước thải căn tin, HRT = 14.4h ..........................................48
Hình 4.15 Nồng độ NH4+-N, NO2--N, NO3--N theo thời gian trong thí nghiệm hoạt
tính bùn AOB và NOB, nước thải căn tin, HRT = 4.8h ............................................49
NGUYỄN HOÀNG DŨNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ


v

Hình 4.16 Nồng độ NH4+-N, NO2--N, NO3--N theo thời gian trong thí nghiệm hoạt
tính bùn AOB và NOB, nước thải văn phịng, HRT = 24h .......................................50
Hình 4.17 Nồng độ NH4+-N, NO2--N, NO3--N theo thời gian trong thí nghiệm hoạt
tính bùn AOB và NOB, nước thải văn phòng, HRT = 12h .......................................50
Hình 4.18 Nồng độ NH4+-N, NO2--N, NO3--N theo thời gian trong thí nghiệm hoạt
tính bùn AOB và NOB, nước thải văn phịng, HRT = 6h .........................................51
Hình 4.19 Nồng độ NH4+-N, NO2--N, NO3--N theo thời gian trong thí nghiệm hoạt
tính bùn anammox, nước thải căn tin, HRT = 28.8h.................................................52
Hình 4.20 Nồng độ NH4+-N, NO2--N, NO3--N theo thời gian trong thí nghiệm hoạt
tính bùn anammox, nước thải căn tin, HRT = 14.4h.................................................52
Hình 4.21 Nồng độ NH4+-N, NO2--N, NO3--N theo thời gian trong thí nghiệm hoạt
tính bùn anammox, nước thải căn tin, HRT = 4.8h...................................................53
Hình 4.22 Nồng độ NH4+-N, NO2--N, NO3--N theo thời gian trong thí nghiệm hoạt
tính bùn anammox, nước thải văn phịng, HRT = 24h..............................................54
Hình 4.23 Nồng độ NH4+-N, NO2--N, NO3--N theo thời gian trong thí nghiệm hoạt

tính bùn anammox, nước thải văn phịng, HRT = 12h..............................................54
Hình 4.24 Nồng độ NH4+-N, NO2--N, NO3--N theo thời gian trong thí nghiệm hoạt
tính bùn anammox, nước thải văn phịng, HRT = 6h................................................55

NGUYỄN HỒNG DŨNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ


vi

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Anammox

Anaerobic Ammonium Oxidation

AO

Công nghệ bùn hoạt tính Anoxic - Oxic

A2O

Cơng nghệ bùn hoạt tính Anaerobic - Anoxic - Oxic

AOB

Vi khuẩn oxi hóa ammonia – Ammonium Oxidation Bacteria

BOD

Nhu cầu oxy sinh hóa - Biochemical Oxygen Demand

BTNMT

Bộ Tài Nguyên và Môi trường

CANON

Completely Autotrophic Nitrogen removal Over Nitrite

CSTR

Continuosly Stirred Tank Reactor

COD

Nhu cầu oxy hóa học - Chemical Oxygen Demand

DEMON

DEaMONification

DO

Nồng độ oxy hòa tan - Dissolved Oxygen

EDTA

EthylenDiamin Tetraacetic Acid

FA

Free Ammonia

HRT

Thời gian lưu nước - Hydraulic Retention Time

IC

Internal Circulation

MBR

Công nghệ xử lý vi sinh nước thải bằng phương pháp lọc màng –
Membrane Bio-Reactors

NLR

Tải trọng nitơ – Nitrogen Loading Rate

NOB

Vi khuẩn oxi hóa nitrite thành nitrate – Nitrite Oxidation Bacteria

OLAND

Oxygen-Limited Autotrophic Nitrification-Denitrification

OLR

Tải trọng hữu cơ – Organic Loading Rate

PN

Partial Nitritation

PVA

Poly Vinyl Alcohol

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

SAA

Specific Anammox Activity

SANR

Single-stage Autotrophic Nitrogen Removal

SBR

Bể phản ứng theo mẻ - Sequencing Batch Reactor

SHARON

Single reactor High Activity Ammonia-Removal Over Nitrite

SRT

Thời gian lưu bùn – Sludge Retention Time

SS

Chất rắn lơ lửng - Suspended Solids

NGUYỄN HOÀNG DŨNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ


vii

TKN

Tổng nitơ Kjeldahl - Total Kjeldahl Nitrogen

TN

Tổng nitơ – Total Nitrogen

VSS

Chất rắn lơ lửng bay hơi - Volatile Suspended Solids

NGUYỄN HOÀNG DŨNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ


1

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU
1.1. Đặt vấn đề
Bên cạnh các chỉ tiêu về chất hữu cơ, SS, Coliforms thì các nhà thiết kế cơng
trình xử lý nước thải sinh hoạt cũng đặc biệt quan tâm về các chỉ tiêu Nitơ khi lựa
chọn cơng nghệ xử lý. Hiện nay có rất nhiều cơng nghệ có thể lựa chọn để xử lý
nước thải sinh hoạt như: aeroten, SBR, MBR, AO, A2O, .v.v. Trong các cơng nghệ
kể trên thì A2O được xem là tiên tiến so với công nghệ aeroten truyền thống và AO
nhờ vào khả năng xử lý đồng thời chất hữu cơ, nitơ và phospho. Ngồi ra, khi so
sánh với các cơng nghệ khác, quá trình A2O sản sinh ra lượng bùn ít hơn và bùn
cũng lắng tốt hơn. Tuy nhiên, nhược điểm của quá trình A2O là khả năng xử lý nitơ
bị giới hạn bởi tỷ lệ tuần hoàn, trong khi khả năng xử lý photpho bị ảnh hưởng bởi
lượng bùn mang theo nitrat tuần hồn về vùng kị khí (Metcalf & Eddy, 2013). Hiện
nay, công nghệ màng MBR cũng đươc ứng dụng rộng rãi để xử lý nước thải do nó
có hiệu quả xử lý cao, đặc biệt là xử lý nitơ. Tuy vậy chi phí đầu tư mua màng cho
MBR lớn và chưa áp dụng được cho các công trình có cơng suất lớn. Bên cạnh đó,
màng cũng dễ bị tắc nghẽn nhanh nếu nước thải đầu vào không được tiền xử lý tốt,
nhu cầu rửa màng khá lớn.
Trước những nhược điểm của các công nghệ xử lý hiện có, việc tìm ra cơng
nghệ mới giúp khắc phục các nhược điểm đó là cần thiết. Cơng nghệ mới phải xử lý
được nước thải sinh hoạt với hiệu quả cao (đặc biệt là Nitơ), tốc độ sinh bùn thấp.
Completely Autotrophic Nitrogen Removal Over Nitrite (quá trình CANON) với sự
kết hợp của 2 nhóm vi khuẩn: vi khuẩn anammox và AOB (Ammonium Oxidation
Bacteria) là một quá trình sinh học xử lý nitơ hiệu quả về mặt năng lượng cùng với
một số lợi ích kỹ thuật so với q trình khử nitrat hóa thơng thường (Cho và cộng
sự, 2010). Q trình CANON đã có khá nhiều nghiên cứu trước đây ở Việt Nam, ví

dụ xử lý nitơ trong nước thải rỉ rác cũ (Le và cộng sự, 2019), xử lý nitơ trong nước
thải cao su (Nguyen và cộng sự, 2017), xử lý nitơ trong nước thải chăn nuôi (Huynh
và cộng sự, 2019). Đây đều là các loại nước thải có hàm lượng nitơ cao, trong khi

NGUYỄN HOÀNG DŨNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ


2

nước thải có hàm lượng nitơ thấp như nước thải sinh hoạt chưa được quan tâm
nghiên cứu nhiều.
Một trong những nhược điểm của quá trình CANON là vi khuẩn anammox có
tốc độ tăng trưởng cực kỳ chậm, đồng thời dễ dàng bị rửa trơi trong q trình hoạt
động (Huynh và cộng sự, 2019). Nhược điểm này có thể được khắc phục bằng cách
cố định vi khuẩn Anammox và AOB trên Poly (vinyl alcohol) - (PVA) gel, sử dụng
quá trình SANR (Single-stage Autotrophic Nitrogen Removal). Poly (vinyl alcohol)
- (PVA) gel là một polymer tổng hợp rẻ tiền, không độc hại, không hịa tan trong
nước, khơng bị phân hủy sinh học và có độ xốp cao đã được ứng dụn.36
57.96

12.88
8.96
4.2
4.76
5.88

1.88
2.95

2.8
2.76
8.03

2.61
1.83
2.48
4.35
2.33

67.36

17.38

66.64

23.16

Ngày

Ngày

66.64

34.72

70.56

35.4

71.4

28.36

61.88

17.44

64.4

36.4

71.12

26

67.36

12.6

66.64

12.8

pH vào

pH ra

Kiềm vào
(mgCaCO3/l)

Kiềm ra
(mgCaCO3/l)

COD vào
(mg/l)

COD ra
(mg/l)

8.06
8.35

8.08
8.24

950
938

592
730

118.4

100.8

1
2
3
4

5
6

NGUYỄN HOÀNG DŨNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ


67

7.92
7.88
8.25

Kiềm vào
(mgCaCO3/l)
670
678
671

Kiềm ra
(mgCaCO3/l)
498
470
509

7.87
7.83
8.22
8.27

7.8
7.71
7.8
8.05

650
684
678
692

603
444
434
430

18
19
20
21
22
23

8.12
7.51
7.61
8.01
8.38

7.75

7.95
7.62
7.56
7.58

660
656
560

317
473
476
203
500

24
25
26
27
28
29

8.08
8.07
7.25
7.25
8.39
7.87

7.76

8.12
7.59
7.59
7.89
7.95

546
859.2
920
932
982
260

680
866
712
288
398
388

30
31
32
33
34
35

8.28
8.21

8.08
7.89

1052
998

840
884

8.15
8.31
8.2

8.05
8.15
7.8

1048
103.2
1133

925
1120
1048

36
37
38
39
40

41

8.12
8.15

7.58
7.72

1156
1220

460
389

7.76
7.7

7.62
7.9

604
635

8.19
8.12
8.39
8.2

8.29
8.21

7.76
7.65

8.27

7.63

Ngày

pH vào

pH ra

7
8
9
10
11

7.77
7.88
7.54

12
13
14
15
16
17

42
43
44
45
46
47
48
49

NGUYỄN HOÀNG DŨNG

COD vào
(mg/l)

COD ra
(mg/l)

64

41.6

88

60.8

68.8

51.2

100.8

52.8

33.6

28.8

48

38.4

88

56

86.4

52.8

78.4

28.8

99.2

48

494
565

96

36.8

721
743
723
632

609
579
499
450

88

32

100.8

48

434

385

LUẬN VĂN THẠC SĨ


68

7.92
7.83
7.8
7.75
7.98

Kiềm vào
(mgCaCO3/l)
491
691
622
668
659

Kiềm ra
(mgCaCO3/l)
454
465
467
506
450

8.17
8.14
8.19
8.23
8.05
8.09

7.75
7.64
7.74
7.76
7.85
7.64

661
616
702
709
693
675

403
400
554
665
601
597

61
62
63
64
65
66

8.26
8.18

7.93
7.96
7.99
8.05

7.84
7.85
7.86
7.45
7.55
7.52

688
715
644
640
666
672

585
601
528
454
428
460

67
68
69
70

71
72

8.16
7.78
8.05
8.12
8.22
8.21

7.65
7.62
7.75
7.64
7.75
7.68

676
667
652
640
632
648

496
528
520
488
500
552

73
74
75

7.96
7.98
7.89

7.62
7.59
7.61

652
672
696

536
448
446

Ngày

pH vào

pH ra

50
51
52

53
54

8.36
8.21
8.21
8.13
8.32

55
56
57
58
59
60

NGUYỄN HOÀNG DŨNG

COD vào
(mg/l)
91.2

COD ra
(mg/l)
38.4

78.4

41.6

72

41.6

73.6

44.8

44.8

36.8

41.6

28.8

54.4

24

89.6

46.4

84.8

41.6

LUẬN VĂN THẠC SĨ

69

Phụ lục 3: Số liệu vận hành nước thải văn phịng
TKN
ra
(mg/l)
173.6

NO2-Nvào
(mg/l)
0

NO2-Nra
(mg/l)
0.26

NO3-Nvào
(mg/l)
0.07

NO3-Nra
(mg/l)
0.14

TN
vào
(mg/l)
190.47

TN ra
(mg/l)

173.6

123.2

0
0.3

5.9
14

0.37
0.1

0.46
4.68

174

141.88

72.8

168

117.6

0.5

25

0.1

4.2

168.6

146.8

109.2

72.8

162.4

117.6

1

23.9

0.15

3.5

163.55

145

196

151.2

212.8

162.4

1.5

25.2

0.08

0.94

214.38

188.54

173.6
120.4

117.6
72.8

190.4

134.4

1.5
1.5

30.2
22.7

0.08
0.1

0.94
1.1

191.98

165.54

117.6

70

131.6

72.8

1.83

32.1

0.2

3.9

133.63

108.8

100.8
89.6
67.2

61.6
50.4
22.4

112

67.2

0.4
0.39
0.42

4
3.9
4

91.4

33.6

20.2
25.4
30.1

113.7

78.4

1.3
2.2
4.79

83.61

67.7

89.6

22.4

106.4

33.6

7.1

44.7

0.4

3.9

113.9

82.2

78.4

72.8

5.1

2.2

0.12

0.1

53.2
100.8

19.6
61.6

78.4

42

5.48

0

19.2
2.8

0.17
0.07

3.9
0.1

84.05

65.1

32
33
34
35
36
37

120.4

70

131.6

78.4

0

5.7

0.04

0.1

131.64

84.2

89.6
84
70

50.4
44.8
30.8

106.4

61.6

0.04
0.05
0

3.7
3.9

9.8

76.5

56

11.2
16.4
22.7

107.11

128.8

0.67
3.2
8.7

137.5

88.5

38
39
40
41

112
106.4

61.6
58.8

140
140

75.6
78.4

1
1.1

9.9
13.2

0.1
0.1

4.8
5

141.1
141.2

90.3
96.6

Ngày

1

2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31

NH4+Nvào
(mg/l)
140

NH4+Nra
(mg/l)
128.8

123.2
123.2

112
78.4

112

NGUYỄN HỒNG DŨNG

TKN
vào
(mg/l)
190.4

174

LUẬN VĂN THẠC SĨ


70

NH4+Nvào
(mg/l)

NH4+Nra
(mg/l)

TKN
vào
(mg/l)

TKN
ra
(mg/l)

NO2-Nvào
(mg/l)

NO2-Nra
(mg/l)

NO3-Nvào
(mg/l)

NO3-Nra
(mg/l)

TN
vào
(mg/l)

TN ra
(mg/l)

128.8
156.8
128.8
120.4

75.6
56
92
89.6

145.6
182
190
162.4

86.8
72.8
152.4
128.8

7.2
0.14
0.1
0.1

19.9

15.9
24.3
19.9

0.7
1
0.6
0.7

2.6
5.2
3
3.5

153.5
183.14
190.7
163.2

109.3
93.9
179.7
152.2

92.4
106.4
114.8

64.4
56

44.8

112
123.2
128.8

84
67.2
56

0.1
0.4
0.1

20.2
31
32

0.56
0.8
0.05

2.8
1.3
5.5

112.66
124.4
128.95

107
99.5
93.5

106.4

42

128.8

56

0.2

29.3

0.1

5

129.1

90.3

100.8

42

114.8

56

3.5

26.6

1

5.2

119.3

87.8

98

44.8

112

50.4

3.9

25.5

1

5.1

116.9

81

84

44.8

123.2

75.6

0.1

20

0

1.2

123.3

96.8

78.4
75.6
86.8

42
36.4

50.4

114.8

72.8

0
0.05
0.04

1.4
1.5
1.7

90.5

72.8

16.3
18
14.7

115

114.8

0.2
0.22
0.1

114.94

89.2

66
67
68
69
70
71

89.6

61.6

98

67.2

0.1

17.9

0.04

1.8

98.14

86.9

89.6
81.2

50.4
30.8

103.6
98

61.6
42

0.1
0.7

10.3
22.4

0.04
0.05

1.2
1.46

103.74
98.75

73.1
65.86

72
73
74
75
76
77

89.6
78.4
92.4

19.6
42
61.6

106.4
84
103.6

33.6
47.6
67.2

3.8
0.02
0.02

16
16.2

15.9

0.1
0.04
0.05

2.2
1.1
0.5

110.3
84.06
103.67

51.8
64.9
83.6

78.4

14

123.2

56

0.03

12.8

0.03

2.6

123.26

71.4

78
79
80
81
82
83

106.4
106.4
112
106.4

47.6
25.2
16.8
11.2

134.4
128.8
131.6
128.8

70
47.6
36.4
33.6

0.01
0
0
0.04

12.4
11.9
8.1
6.5

0.04
0.06
0.06
0.05

1.9
3.3
3.4
3.3

134.45
128.86
131.66
128.89

84.3
62.8
47.9
43.4

Ngày

42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64

65

NGUYỄN HOÀNG DŨNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ


71

NH4+Nvào
(mg/l)
78.4
93.8
105
97.44
75.6

NH4+Nra
(mg/l)
11.2
26.6
23.8
6.72
8.4

TKN
vào
(mg/l)
92.4
123.2

123.2
123.2
92.4

TKN
ra
(mg/l)
25.2
56
42
30.8
22.4

NO2-Nvào
(mg/l)
2.85
0.38
0.01
0.03
0.97

NO2-Nra
(mg/l)
7.45
8.27
5.94
2.38
1.16

NO3-Nvào

(mg/l)
0.3
0.08
0.03
0.07
0.07

NO3-Nra
(mg/l)
3.7
3.73
3.31
3.4
2.28

TN
vào
(mg/l)
95.55
123.66
123.24
123.3
93.44

TN ra
(mg/l)

90
91
92

93
94
95

95.2
109.2
106.4
112
98

42
56
50.4
44.8
33.6

106.4
120.4
134.4
140
123.2

53.2
67.2
72.8
67.2
56

0.01
0.18

0.01
0
0

1.05
4.36
2.38
6.24
4.87

0.03
0.07
0.06
0.06
0.05

1.03
1.15
0.29
1.12
2.33

106.44
120.65
134.47
140.06
123.25

55.28
72.71

75.47
74.56
63.2

96
97
98
99
100
101

112
120.4
98
112

30.8
56
25.2
25.2

128.8
131.6
126
126

47.6
64.4
44.8
39.2

0
0.01
0
0

1.39
6.32
7.35
6.5

0.04
0.06
0.06
0.06

2.07
1.19
5.03
2.41

128.84
131.67
126.06
126.06

51.06
71.91
57.18
48.11

102
103
104
105
106
107

114.8

36.4

126

47.6

0.1

1.5

0.14

3.29

126.24

52.39

112
117.6

105

14
36.4
19.6

128.8
123.2
123.2

30.8
42
36.4

0.01
0.01
0.01

4.2
8.88
7.2

0.09
0.06
0.08

2.63
1.2
3.13

128.9
123.27
123.29

37.63
52.08
46.73

108
109
110

98
96.5
107.8

14
5.6
7

117.6
114.8
128.8

33.6
22.4
25.2

0.01
0.01

0.01

7.45
4.19
5.97

0.04
0.05
0.08

3.34
4.68
5.62

117.65
114.86
128.89

44.39
31.27
36.79

Ngày

84
85
86
87
88
89

Ngày
1
2
3
4

pH vào

pH ra

7.9

7.5

5
6
7
8
9
10
11
12

NGUYỄN HOÀNG DŨNG

Kiềm vào
(mgCaCO3/l)
700
840

620

Kiềm ra
(mgCaCO3/l)
600
680
550

580

320

500

240

530

300

36.35
68
51.25
36.58
25.84

COD vào
(mg/l)

COD ra

(mg/l)

352

224

492

320

LUẬN VĂN THẠC SĨ


72

Ngày
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26

27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53

pH vào

7.94

7.88

pH ra

7.53

Kiềm vào
(mgCaCO3/l)

Kiềm ra
(mgCaCO3/l)

COD vào
(mg/l)

COD ra
(mg/l)

500
500

250
250

412

288

600

80

336

216

320

219.2

368

256

344

240

230.4

147.2

7.51
360

60

440

40

7.4

440

400

7.97

7.49

300
500
600

40
300
380

7.91

7.47

460

200
180
120

240
240

7.85

7.92

7.45

8.1

7.52

460
360
440
440

8.02
8.08
8.4
8.2

7.4
7.4
7.88
7.72

600
640

860
660

440
280
600
500

8.1
8.08
8.05

7.7
7.67
7.65

550
620
640

340
320
280

8.02

7.62

620

270

54
55

NGUYỄN HOÀNG DŨNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ


73

Kiềm ra
(mgCaCO3/l)
270

COD vào
(mg/l)

COD ra
(mg/l)

7.58

Kiềm vào
(mgCaCO3/l)
580

7.95

7.54

580

260

163.2

96

7.94

7.52

570

260

7.95

7.55

540

330

192

144

8.05
8.06

7.7
7.71

490
430

290
280

8.42
8.4
8.34

7.4
7.41
7.22

480
480
560

310
180
190

144

73.6

73
74
75
76
77
78

8.08
8.18

7.68
7.65

500
490

280
330
128

92.8

8.35
8.3

7.25
7.4

460
600

140
290

79
80
81
82
83
84

8.38
8.4
8.4

7.25
7.22
7.23

620
630
600

240
200
200

124.8

80

8.39

7.24

540

190

85
86
87
88
89
90

8.41
8.37
8.38
8.4

7.37
7.39
7.29
7.3

490
590

560
760

220
250
170
180

147

80

91
92
93
94
95
96

8.5
8.34
8.02
8.12
8.24

7.52
7.52
7.65
7.55
7.32

710
640
510
580
600

430
430
300
320
300

136

88

176

83.2

8.03

7.43

620

290

Ngày

pH vào

pH ra

56
57
58
59
60

7.99

61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72

97
98

NGUYỄN HOÀNG DŨNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ


74

Kiềm vào
(mgCaCO3/l)
630
800
650
540

Kiềm ra
(mgCaCO3/l)
400
250
280
290

7.46
7.27
7.21

680
700
700
650
620

270
370
290
270
220

7.3

620

230

Ngày

pH vào

pH ra

99
100
101
102
103

8.22
8.32
8.34
8.38

7.46

7.23
7.25
7.19

8.28
8.3
8.28
8.4

104
105
106
107
108
109
110

NGUYỄN HOÀNG DŨNG

COD vào
(mg/l)

COD ra
(mg/l)

211.2

60.8

187.2

76.8

LUẬN VĂN THẠC SĨ