Đánh giá hiệu quả bể AnMBR cho đồng phân hủy kị khí 2 giai đoạn chất thải hữu cơ và nước thải sinh hoạt ở tải trọng cao

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

HUỲNH TRẦN UY LÂM – 1770235

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BỂ AnMBR CHO ĐỒNG PHÂN HỦY KỊ
KHÍ 2 GIAI ĐOẠN CHẤT THẢI HỮU CƠ VÀ NƯỚC THẢI SINH
HOẠT Ở TẢI TRỌNG CAO
EVALUATING THE EFFICIENCY OF ANAEROBIC
MEMBRANE BIOREATOR (AnMBR) PROCESS FOR THE TWOSTAGE ANAEROBIC DIGESTION (2S-AD) OF HOUSEHOLD
ORGANIC WASTE AND SEWAGE IN HIGH LOAD
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường
Mã số: 60520320

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 1 năm 2020


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

HUỲNH TRẦN UY LÂM – 1770235

ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BỂ AnMBR CHO ĐỒNG PHÂN HỦY KỊ
KHÍ 2 GIAI ĐOẠN CHẤT THẢI HỮU CƠ VÀ NƯỚC THẢI SINH
HOẠT Ở TẢI TRỌNG CAO
EVALUATING THE EFFICIENCY OF ANAEROBIC
MEMBRANE BIOREATOR (AnMBR) PROCESS FOR THE TWOSTAGE ANAEROBIC DIGESTION (2S-AD) OF HOUSEHOLD
ORGANIC WASTE AND SEWAGE IN HIGH LOAD
Chuyên ngành: Kỹ Thuật Môi Trường

Mã số: 60520320

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 -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Phước Dân

Cán bộ chấm nhận xét 1: PGS.TS. Lê Hùng Anh

Cán bộ chấm nhận xét 2: PGS.TS Lê Thị Kim Oanh

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 Hùng Anh
4. PGS.TS Lê Thị Kim Oanh
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 NGUYÊN


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: HUỲNH TRẦN UY LÂM ............................ MSHV: 1770235 .............
Ngày, tháng, năm sinh: 23-06-1994 .......................................... Nơi sinh: Tiền Giang.......
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường ......................................... Mã số : 60520320...........
I. TÊN ĐỀ TÀI: Đánh giá hiệu quả bể AnMBR cho đồng phân hủy kị khí 2 giai đoạn chất thải
hữu cơ và nước thải sinh hoạt ở tải trọng cao.
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Xác định hiệu quả xử lý COD, sản lượng khí sinh học và đặc tính bẩn màng cơng nghệ 1sAnMBR ở tải trọng lần lượt là 3,5; 5,0; 7,0 KgCOD.m-3.d-1.
Xác định hiệu quả xử lý COD, sản lượng khí sinh học và đặc tính bẩn màng cơng nghệ 2sAnMBR ở tải trọng 4,0 KgCOD.m-3.d-1.
Đánh giá cân bằng COD quá trình đồng xử lý chất thải rắn hữu cơ – nước thải sinh hoạt
của 1-sAnMBR và 2-sAnMBR.
III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : Tháng 12 năm 2018
IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Tháng 12 năm 2019
V. CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS Nguyễn Phước Dân

Tp. HCM, ngày 9 tháng 12 năm 2019
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN

PGS.TS Nguyễn Phước Dân

PGS.TS Đặng Vũ Bích Hạnh

TRƯỞNG KHOA MƠI TRƯỜNG VÀ TÀI NGUN

PGS.TS Võ Lê Phú


LỜI CẢM ƠN
Để hồn thành được luận văn này tơi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc đến PGS.TS
Nguyễn Phước Dân đã tận tình hướng dẫn và tài trợ kinh phí trong thời gian nghiên cứu.
Tơi xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy Cô khoa Môi Trường và Tài Nguyên, trường Đại học
Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh đã truyền đạt những kiến thức quý báu, đó
là nền tảng vững chắc cho tôi thực hiện luận văn này.
Tôi xin cảm ơn các bạn sinh viên đại học khoá 2017 & 2018 đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi thực
hiện đề tài luận văn.
Cuối cùng tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến cha mẹ và các bạn tôi, những người đã
động viên, tạo động lực và đồng hành cùng tơi suốt q trình thực hiện luận văn.
Chân thành cảm ơn!
TP. HCM, tháng 12 năm 2019


TĨM TẮT LUẬN VĂN
Nhằm mục đích nghiên cứu đánh giá hiệu quả đồng phân huỷ kị khí một giai đoạn (1sAnMBR) hai hỗn hợp chất thải gồm: rác thực phẩm và nước thải sinh hoạt ở 3 tải trọng 3,5;

5,0; 7,0 KgCOD.m-3.d-1. Sau đó xác định hiệu quả của đồng phân huỷ kị khí 2 giai đoạn (2sAnMBR) cùng hai hỗn hợp chất thải như thí nghiệm 1 ở tải trọng 4,0 kgCOD.m-3.ngày-1. Rác
thực phẩm được sử dụng là chất thải rắn hữu cơ được lấy từ căn tin C6, trường Đại Học Bách
Khoa, TP.HCM. Nước thải sinh hoạt được lấy từ hố thoát nước thải sinh hoạt của căn tin C6,
trường Đại Học Bách Khoa, TP.HCM. Ở thí nghiệm 1 mơ hình được đồng phân hủy kị khí
một giai đoạn ( 1-sAnMBR ) qua bể UASB sau đó qua màng kị khí nhằm đánh giá hiệu quả
xử lý của 3 tải trọng 3,5; 5,0; 7,0 kgCOD.m-3.ngày-1. Ở thí nghiệm 2 mơ hình được đồng phân
hủy kị khí hai giai đoạn (2-sAnMBR) qua bể thủy phân sau đó qua bể metane và qua màng kị
khí nhằm đánh giá hiệu quả xử lý của tải trọng 4,0 kgCOD.m-3.ngày-1.
Kết quả nghiên cứu cho thấy trong 1-sAnMBR tải trọng hữu cơ 5,0 kgCOD.m-3.ngày-1
là tải trọng thích hợp, tải trọng 7,0 kgCOD.m-3.ngày-1 xảy ra tình trạng q tải. Lượng khí sinh
ra ở tải trọng 5 kgCOD.m-3.ngày-1 là 0,131L biogas/gCOD được xử lý, lớn nhất trong các tải
trọng. Dinh dưỡng gần như được bảo toàn, hiệu quả xử lý photpho tổng là 5 – 10% và TKN
dưới 20%. Tốc độ tăng TMP nhanh ở tải trọng 5,0 kgCOD.m-3.ngày-1 do nồng độ sinh khối
tăng nhanh.
Kết quả nghiên cứu cho thấy trong công nghệ 2-sAnMBR ở tải trọng 4,0 kgCOD.m3

.ngày-1 cho thấy hoạt động ổn định và hiệu quả ở HRT của bể thuỷ phân ở 5 ngày và HRT

bể metan 24 giờ. Lượng khí sinh ra ở thí nghiệm 2s-AnMBR là 4,61 L.ngày-1 với năng suất là
0,18 L biogas/gCOD xử lý. N và P ở 2-sAnMBR bị thất thốt khơng đáng kể. Tốc độ tăng
TMP ở thí nghiệm 2-sAnMBR là khoảng 44 giờ.


ABSTRACT
The aim of this study is evaluating the efficiency of one-stage anaerobic digestion (1S-AD) of 2
substrates: household organic waste and sewage at loads of 3.5; 5.0; 7.0 kgCOD.m-3.d-1. Then
determine the effect of two-stage anaerobic digestion (2S-AD) of co-substrate as in the first
experiment at organic load of 4 kgCOD.m-3.d-1. Household organic waste was taken from C6 canteen
of Ho Chi Minh Unversity of Technology. And domestic wastewater was taken from a manhole at C6
canteen. In expirement 1, model was run with 1S-AD condition with organic load of 3.5; 5.0; 7.0

kgCOD.m-3.d-1. When the feed was treated by UASB tank then through AnMBR, the processing
efficiency evaluation of each organic load will be taken. In expirement 2, model was run with 2S-AD
condition with organic load of 4 kgCOD.m-3.d-1. An acid tank was built to hydrolyze household
organic waste before it go to UASB and AnMBR.
The research results show that in 1S-AD, the organic load of 5 kgCOD.m-3.d-1 is the appropriate
load and organic load of 7 kgCOD.m-3.d-1 occured the overload. The amount of biogas generated at
the load of 5 kgCOD.m-3.d-1 was 0.141 Lbiogas/gCOD removal which is the highest compared to
others loads. Nutrition is almost preserved, total phosphorus removal efficiency is 5-10% and TKN
is less than 20%. The growth rate of TMP is fast at a load of 5 kgCOD.m-3.d-1 due to the rapidly
increasing biomass concentration.
The research results also show that in 2S-AD process with organic load of 4 kgCOD.m-3.day-1, model
had a stable and effective operation in HRT of hydrolysis tanks at retention time of 5 days and HRT
of methane tanks for 24 hours. The amount of biogas generated in the 2S-AD experiment was 4.61
liters.day-1 with a yield of 0.18 Lbiogas/gCOD removal. The N and P removal efficiencies at 2S-AD
were negligible. The growth rate of TMP in the 2S-AD experiment was approximately 44 hours.


LỜI CAM ĐOAN
Họ và tên: Huỳnh Trần Uy Lâm

MSHV: 1770235

Ngày, tháng, năm sinh: 23/06/1994

Nơi sinh: Tiền Giang

Chuyên ngành: Kỹ thuật Môi trường

MS: 60520320

Đề tài: ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ BỂ AnMBR CHO ĐỒNG PHÂN HỦY KỊ KHÍ 2 GIAI
ĐOẠN CHẤT THẢI HỮU CƠ VÀ NƯỚC THẢI SINH HOẠT Ở TẢI TRỌNG CAO
Ngày bắt đầu: 15/02/2019
Ngày hoàn thành: 08/12/2019
Cán bộ hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Phước Dân
Tơi xin cam đoan tồn bộ luận văn là kết quả q trình nghiên cứu của tơi và các bạn sinh viên đại
học khoá 2017 & 2018 thực hiện tại phịng thí nghiệm khoa Mơi trường và Tài Nguyên, trường Đại
học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh. Những kết quả và số liệu trong luận văn được
thực hiện nghiêm túc và trung thực. Tơi hồn tồn chịu trách nhiệm về kết quả nghiên cứu của mình.
TP.Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 12 năm 2019
Học Viên Cao Học

Huỳnh Trần Uy Lâm


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG .................................................................................................... 12
DANH MỤC HÌNH ..................................................................................................... 13
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ...................................................................................... 15
CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU ................................................................................................. 1
1.1

Đặt vấn đề ..........................................................................................................1

1.2

Mục tiêu nghiên cứu ..........................................................................................2

1.3

Nội dung nghiên cứu ..........................................................................................3

1.4

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .....................................................................3

1.4.1

Đối tượng nghiên cứu ........................................................................................3

1.4.2

Phạm vi nghiên cứu............................................................................................ 3

1.5

Ý nghĩa khoa học và thực tiễn và tính mới của đề tài........................................3

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN ......................................................................................... 5
2.1

Hiện trạng phát sinh chất thải sinh hoạt tại các đô thị Việt Nam ......................5

2.1.1

Chất thải rắn sinh hoạt .......................................................................................5

2.1.2

Nước thải sinh hoạt ............................................................................................ 6

2.2

Công nghệ màng lọc ..........................................................................................7

2.3

Màng sinh học kị khí..........................................................................................8

2.3.1

Tổng quan màng sinh học kị khí ........................................................................8

2.3.2

Hiệu suất màng sinh học kị khí ..........................................................................9

2.3.3

Ứng dụng trong xử lý nước thải .......................................................................12

2.4

Đồng phân huỷ kị khí .......................................................................................15

2.4.1

Tổng quan đồng phân huỷ kị kị khí .................................................................15

2.4.2

Tình hình nghiên cứu đồng phân huỷ kị khí chất thải thực phẩm với bùn thải ...
.......................................................................................................................... 15

2.5

Phân huỷ kị khí hai giai đoạn ...........................................................................18

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU....................................................... 21
3.1

Nội dung nghiên cứu ........................................................................................21

3.2

Phương pháp nghiên cứu .................................................................................23

3.2.1

Mơ hình thí nghiệm 1 (1-sAnMBR) ................................................................ 23

3.2.2

Mơ hình thí nghiệm 2 .......................................................................................24


Luận văn cao học

3.3

Nguyên vật liệu ................................................................................................ 26

3.3.1

Nước thải sinh hoạt .......................................................................................... 26

3.3.2

Chất thải rắn hữu cơ nhà bếp ...........................................................................26

3.3.3

Bùn nuôi cấy ....................................................................................................27

3.4

Điều kiện vận hành .......................................................................................... 27

3.5

Phương pháp lấy mẫu, phân tích ......................................................................29

3.5.1

Phương pháp lẫy mẫu ......................................................................................29

3.5.2

Phương pháp phân tích các chỉ tiêu .................................................................29

3.5.3

Phương pháp đo lưu lượng khí sinh học .......................................................... 31

3.5.4

Phương pháp đo lưu lượng nước dòng thấm ...................................................31

3.5.5

Xử lý và thống kê số liệu .................................................................................32

3.5.6

Phương pháp tính tốn cân bằng vật chất ........................................................32

3.5.7

Xử lý và thống kê dữ liệu thô ..........................................................................33

CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................. 34
4.1

Thí nghiệm 1 : 1-sAnMBR ..............................................................................34

4.1.1

Nồng độ COD ..................................................................................................34
a) Hiệu suất xử lý tCOD.......................................................................................34
b) Sự thay đổi nồng độ của sCOD trong bể sinh học kỵ khí ................................ 35

4.1.2

pH và VFA .......................................................................................................37

4.1.3

Ảnh hưởng VFA đến quá trình kỵ khí ............................................................. 38

4.1.4

Thay đổi nồng độ chất thải...............................................................................39
a) Nồng độ TKN ..................................................................................................39
b) Nồng độ N-NH4+ .............................................................................................. 40

4.1.5

Nồng độ TP ......................................................................................................41

4.1.6

Ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ đến lượng khí sinh ra ...................................42

4.1.7

Áp suất chuyển màng TMP..............................................................................44

4.1.8

Nồng độ sinh khối ............................................................................................ 45

a) Mối quan hệ nồng độ chất rắn (TS) và áp suất chuyển màng (TMP) ..............45
b) Phân bố kích thước hạt.....................................................................................46

4.1.9

Cân bằng vật chất tCOD trong thí nghiệm ......................................................50

HUỲNH TRẦN UY LÂM 1770235

10


Luận văn cao học

4.2

Thí nghiệm 2: 2-sAnMBR ...............................................................................54
a) Sự thay đổi nồng độ và hiệu suất xử lý tCOD .................................................54
b) Sự thay đổi nồng độ của sCOD trong bể sinh học kỵ khí ................................ 55

4.2.2

pH và VFA .......................................................................................................57

4.2.3

Nồng độ TKN ..................................................................................................58

4.2.4

Nồng độ N-NH4+ .............................................................................................. 59

4.2.5

Sự thay đổi TS, VS .......................................................................................... 59

4.2.6

Ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ đến lượng khí sinh ra ...................................63

4.2.7

Áp suất chuyển màng TMP..............................................................................64

4.2.8

Cân bằng vật chất tCOD trong thí nghiệm ......................................................64

CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................ 66
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 72

HUỲNH TRẦN UY LÂM 1770235

11


Luận văn cao học

DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 So sánh các đặc tính cơng nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp xử lý

sinh học điển hình ............................................................................................................9
Bảng 2.2 Tóm tắt ứng dụng AnMBR xử lý các loại nước thải khác nhau................14
Bảng 3.1 Tính chất dịng vào hệ thống AnMBR.......................................................27
Bảng 3.2 Điều kiện vận hành mơ hình 1-sAnMBR và 2-sAnMBR.......................... 29
Bảng 3.3 Chỉ tiêu và phương pháp phân tích ............................................................ 30
Bảng 4.1. Tính chất dịng thấm và hiệu suất xử lý AnMBR ở các tải trọng khác nhau
.......................................................................................................................................52

HUỲNH TRẦN UY LÂM 1770235

12


Luận văn cao học

DANH MỤC HÌNH
Hình 3.1. Sơ đồ nội dung thí nghiệm ...........................................................................22
Hình 3.2. Mơ hình 1-sAnMBR .....................................................................................23
Hình 3.3. Mơ hình 2-sAnMBR .....................................................................................24
Hình 4.1. Sự thay đổi nồng độ và hiệu suất xử lý tCOD theo thời gian vận hành .......34
Hình 4.2. Nồng độ dịng vào, dịng ra của sCOD và tCOD trong bể UASB tại các tải
trọng khác nhau .............................................................................................................35
Hình 4.3. Hiệu suất xử lý tCOD, sCOD và pCOD ở các tải trọng khác nhau .............36
Hình 4.4. Sự biến thiên pH dòng vào, sau UASB, bể màng và dịng thấm tại các tải
trọng khác nhau .............................................................................................................37
Hình 4.5. Mối liên hệ giữa VFA và pH ........................................................................38
Hình 4.6. Sự thay đổi nồng độ TKN và hiệu suất xử lý ...............................................39
Hình 4.7. Sự biến thiên nồng độ N-NH4+ và tỉ lệ N-NH4+/TKN của dòng vào và dòng
thấm theo thời gian vận hành ........................................................................................40
Hình 4.8. Sự biến thiên đồng độ và hiệu suất xử lý TP ................................................41

Hình 4.9. Thể tích khí sinh học sinh ra (ml.ngày-1) và tỉ số giữ thể tích khí sinh ra trên
một đơn vị khối lượng COD xử lý giữa các tải trọng khác nhau ..................................42
Hình 4.10. Sự biến thiên TMP ở HRT 24 giờ OLR=3,5 kgCOD.m-3.ngày-1 ...............44
Hình 4.11. Sự biến thiên TMP ở HRT 24 giờ OLR=5,0 kgCOD.m-3.ngày-1 ...............44
Hình 4.12. Nồng độ chất rắn tích luỹ trong bể ở mỗi tải trọng khác nhau ...................45
Hình 4.13. Phân bố kích thước hạt của bể UASB tại vị trí số 1 với............................. 46
Hình 4.14. Phân bố kích thước hạt của bể UASB tại vị trí số 2 với............................. 47
Hình 4.15. Phân bố kích thước hạt của bể UASB tại vị trí số 3 với OLR=5,0 kgCOD.m3

.ngày-1 ........................................................................................................................... 47

Hình 4.16. Phân bố kích thước hạt của bể UASB tại vị trí số 4 với............................. 48
Hình 4.17. Phân bố kích thước hạt của bể UASB tại vị trí số 1 sau khi bị sốc tải .......48
Hình 4.18. Phân bố kích thước hạt của bể UASB tại vị trí số 2 sau khi bị sốc tải .......49
Hình 4.19. Phân bố kích thước hạt của bể UASB tại vị trí số 3 sau khi bị sốc tải .......49
Hình 4.20. Phân bố kích thước hạt của bể UASB tại vị trí số 4 sau khi bị sốc tải .......49
HUỲNH TRẦN UY LÂM 1770235

13


Luận văn cao học
Hình 4.21. Phân bố thành phần COD ở tải trọng OLR=3,5 kgCOD.m-3.ngày-1 và 5,0
kgCOD/m3.ngày ............................................................................................................51
Hình 4.22. Nồng độ và hiệu suất xử lý tCOD theo thời gian vận hành .......................54
Hình 4.23. Nồng độ dịng vào, dịng ra của sCOD và tCOD trong bể UASB tại các tải
trọng khác nhau .............................................................................................................55
Hình 4.24. Mối liên hệ giữa VFA và pH ......................................................................57
Hình 4.25. Sự thay đổi nồng độ TKN và hiệu suất xử lý .............................................58
Hình 4.26. Sự biến thiên nồng độ N-NH4+ và tỉ lệ N-NH4+/TKN của dòng vào và dịng

thấm theo thời gian vận hành ........................................................................................59
Hình 4.27. Sự biến thiên nồng độ TS ở 2s-AnMBR ....................................................60
Hình 4.28. Sự biến thiên nồng độ VS ở 2s-AnMBR ....................................................61
Hình 4.29. Hiệu suất xử lý TS, VS ở 2s-AnMBR ........................................................61
Hình 4.30. Thể tích khí sinh học sinh ra (ml.ngày-1) và tỉ số giữ thể tích khí sinh ra trên
một đơn vị khối lượng COD xử lý ở 2s-AnMBR.......................................................... 63
Hình 4.31. Sự biến thiên TMP ở HRT 24 giờ OLR=3,5 kgCOD.m-3.ngày-1 ...............64
Hình 4.32. Phân bố thành phần COD ở tải trọng OLR=4 kgCOD/m3.ngày ở 2s-AnMBR
.......................................................................................................................................65

HUỲNH TRẦN UY LÂM 1770235

14


Luận văn cao học

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
AeMBR

Tiếng Việt

Tiếng Anh

Cơng nghệ màng sinh học hiếu Aerobic Membrane Bioreactor
khí

AnMBR

Cơng nghệ màng sinh học kị khí

Anaerobic Membrane Bioreactor

Biogas

Khí sinh học

BTNMT

Bộ Tài ngun & Mơi trường

BOD5

Nhu cầu Oxy sinh hóa sau 5 ngày Biochemical Oxygen Demand

COD

Nhu cầu Oxygen hóa học

Chemical Oxygen Demand

CSTR

Bể phản ứng khuấy trộn liên tục

Continuosly Stirred Tank Reactor

EPS

Hợp chất polymer ngoại bào

Extracellular polymeric substances

HRT

Thời gian lưu nước

Hydraulic Retention Time

MBR

Công nghệ sinh học màng

Membrane Bioreactor

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

SMA

Specific Methane Activity

SMP

Soluble microbial products

TMP

Áp suất qua màng

Transmembrane Pressure

TKN

Tổng Nitrogen Kjeldahl

Total Kjeldahl Nitrogen

TP

Tổng Phospho

Total Phosphorous

Tp HCM

Thành phố Hồ Chí Minh

TSS

Tổng chất rắn lơ lửng

Total Suspended Solids

VS

Chất rắn bay hơi

Volatile Solids

UASB

Upflow Anaerobic Sludge Blanket

UF

Công nghệ siêu lọc

1-sAnMBR

Công nghệ màng sinh học đồng One-stage Anaerobic Membrane
Bioreactor
phân hủy kị khí.

2-sAnMBR

Cơng nghệ màng sinh học đồng Two-stage Anaerobic Membrane
Bioreactor
phân hủy kị khí hai giai đoạn.

HUỲNH TRẦN UY LÂM 1770235

Ultrafiltration

15


Luận văn cao học

CHƯƠNG 1:
1.1

MỞ ĐẦU

Đặt vấn đề
Theo quan điểm hiện đại thì nước thải sinh hoạt được coi như là nguồn tài nguyên có

khả năng phục hồi hơn là sự lãng phí như là nước, năng lượng hoặc phân bón [1]. Cùng
với quan điểm này dự án SewagePlus với mục đích thu hồi năng lượng tối đa từ dịng
cơ đặc của nước thải sinh hoạt đã được triển khai nghiên cứu tại đại học Bách Khoa Tp
HCM. Nghiên cứu Cương (2015) sử dụng màng UF cô đặc nước thải sinh hoạt, nước
thải căn tin bằng phương pháp sục khí tự nhiên cho thấy chất lượng nước nước sau xử
lý ổn định, đạt tiêu chuẩn xả thải tuy nhiên lượng COD thất thoát nhiều lên đến gần 36%
[2]. Nghiên cứu Vũ (2015) sử dụng màng UF để cô đặc nước thải sinh hoạt nhằm tạo ra
dịng đậm đặc, từ đó lấy dịng cơ đặc sử dụng làm nguồn cơ chất cho q trình đồng
phân hủy kị khí kết hợp với chất thải nhà bếp [3]. Kết quả nghiên cứu cho thấy chất
lượng nước đầu ra sau lọc màng tương đối ổn định, đạt tiêu chuẩn xả thải QCVN
14:2008/BTNMT cột A, q trình đồng phân huỷ kị khí cho sản lượng khí sinh học cao
0,43 m3.kgVS-1. Tuy nhiên nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng q trình cơ đặc màng dịng
đậm đặc thất thoát đến 70% COD đầu vào. Thêm vào đó với thời gian lưu của bể kị khí
50 ngày khi triển khai thực tế sẽ tốn diện tích xây dựng lớn, nồng độ COD nước sau xử
lý cao, có sai số lớn, không ổn định là vấn đề cần phải được quan tâm và nghiên cứu.
Nghiên cứu ứng dụng màng sinh học kị khí xử lý nước thải sinh hoạt ở Tunisia
cho thấy hiệu quả từ quá trình phân huỷ kị khí có chất lượng nước sau xử lý ổn định,
hiệu quả loại bỏ COD lên đến 88%, sản lượng khí sinh học đạt được đến 0.27
m3CH4.kgCOD-1 loại bỏ [4].
Nghiên cứu Hùng (2018) đánh giá hiệu quả ứng dụng cơng nghệ màng sinh học kị
khí (AnMBR dạng sợi) cho việc đồng xử lý chất thải rắn hữu cơ và nước thải sinh hoạt

sử dụng. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả xử lý COD rất tốt ở tải trọng 0,9
KgCOD.m-3.d-1, 2 KgCOD.m-3.d-1 và 3,5 KgCOD.m-3.d-1 lần lượt là 91%, 88,7% và
83%. Hiệu suất loại bỏ TKN, TP thấp. Nồng độ N-NH4+ có sự gia tăng đáng kể so với

HUỲNH TRẦN UY LÂM 1770235

1


Luận văn cao học

nồng độ hỗn hợp đầu vào. Lượng khí sinh ra là 1,53 L.ngay-1 và 2,1 L.ngay-1 tương ứng
với OLR là 1,5 KgCOD.m-3.d-1 và 2 KgCOD.m-3.d-1. [5]
Nghiên cứu Thông (2017) đánh giá hiệu quả ứng dụng công nghệ màng sinh học
kị khí (AnMBR dạng tấm phẳng) cho việc đồng xử lý chất thải rắn hữu cơ và nước thải
sinh hoạt. Kết quả của nghiên cứu cho thấy hiệu suất xử lý COD đạt 64% và 82% ở HRT
24 giờ và 36 giờ. Năng suất khí sinh học thu được ở HRT 36 giờ là 2,75 L.ngày-1, tương
đương với năng suất 0,144 m3.m-3.ngay-1, cao hơn so với 1,85 L.ngày-1 tại HRT 24 giờ
là 0,097 m3.m-3.ngày-1. [6]
Nghiên cứu Sơn (2018) kết quả hỗn hợp giảm 18,1% VS sau 5 ngày, hiệu suất thủy
phân đạt giá trị cao, khoảng 99% vào ngày thứ 1 và hiệu suất acid hóa khoảng 10,24%
vào ngày thứ 2. Khả năng sản sinh sCODmax trên một đơn vị VS thủy phân là
1,72gsCOD.gVS-1, khả năng sản sinh VFAsmax trên một đơn vị VS thủy phân là
0,79gVFAs.gVS-1 và 2 ngày là thời gian thích hợp cho giai đoạn thủy phân-acid hóa của
rác và nước thải sinh hoạt. [7]
Điều này cho thấy được rằng ứng dụng công nghệ AnMBR có thể cải thiện được
lượng COD thất thốt, và tạo ra được sản lượng khí sinh học thay thế cho bể phân huỷ
kị khí riêng lẽ. Vì vậy đề tài "Đánh giá hiệu quả bể AnMBR cho đồng phân hủy kị khí
2 giai đoạn chất thải hữu cơ và nước thải sinh hoạt ở tải trọng cao" được tiến hành nghiên
cứu với mục đích chứng minh cơ sở khoa học và ứng dụng thực tiễn của ứng dụng màng

AnMBR cải thiện thất thoát COD và chất lượng nước sau xử lý ổn định.
1.2

Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu này gồm 2 mục tiêu :

 Xác định tải trọng hữu cơ thích hợp cho công nghệ AnMBR cho đồng phân hủy kị khí
một giai đoạn (1-sAnMBR) xử lý chất thải rắn hữu cơ – nước thải sinh hoạt cho cộng
đồng dân cư nhằm sử dụng hiệu quả năng lượng trong xử lý bùn thải, thu hồi tối đa năng
lượng khí sinh học.
 Đánh giá hiệu quả công nghệ hai giai đoạn (2-sAnMBR) cho đồng phân hủy kị khí xử
lý chất thải rắn hữu cơ – nước thải sinh hoạt.

HUỲNH TRẦN UY LÂM 1770235

2


Luận văn cao học

1.3

Nội dung nghiên cứu

 Xác định hiệu quả xử lý COD, sản lượng khí sinh học và đặc tính bẩn màng cơng nghệ
1-sAnMBR ở tải trọng lần lượt là 3,5; 5,0; 7,0 KgCOD.m-3.d-1.
 Đánh giá hiệu quả việc sử dụng công nghệ 2-sAnMBR ở tải trọng 4,0 KgCOD.m-3.d-1.
 Đánh giá cân bằng COD quá trình đồng xử lý chất thải rắn hữu cơ – nước thải sinh hoạt
của 1-sAnMBR và 2-sAnMBR.
1.4

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4.1

Đối tượng nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của để tài bao gồm: nước thải sinh hoạt căn tin, chất thải rắn hữu
cơ từ căn tin và mơ hình thiết kế.
Mơ hình thiết kế bao gồm: hệ thống bể màng AnMBR và bể kị khí UASB.
1.4.2

Phạm vi nghiên cứu
Nghiên cứu này được thực hiện với quy mơ phịng thí nghiệm tại “ Phịng thí nghiệm

trọng điểm Đại học Quốc Gia thành phố Hồ Chí Minh - Cơng Nghệ Nâng Cao Xử Lý
Chất Thải trường ĐH Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh”.
Thành phần dòng thải chất thải rắn hữu cơ và thành phần dòng nước thải sinh hoạt
được lấy từ căn tin C6 trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM.
Ngoài ra phạm vi đề tài còn đánh giá áp suất chuyển màng (TMP) và đặc tính bẩn
màng của q trình xử lý với thời gian lưu, tải trọng hữu cơ khác nhau. Đánh giá hiệu
quả xử lý COD, VS, TKN, TP, VFA và sản lượng biogas thu được của hệ thống AnMBR
với thời gian lưu, tải trọng hữu cơ khác nhau. Qua đó có thể đánh giá được hiệu quả của
1-sAnMBR và 2-sAnMBR.
Cuối cùng phạm vi đề tài đánh giá hoạt tính bùn sinh học kị khí ở tải trọng hữu cơ
khác nhau.
1.5

Ý nghĩa khoa học, thực tiễn và tính mới của đề tài
Kết quả nghiên cứu là cơ sở lý thuyết để đánh giá hiệu quả xử lý và tiềm năng thu hồi

năng lượng cho quá trình 2-sAnMBR xử lý nước thải sinh hoạt và chất thải rắn hữu cơ.
Xác định được các thông số thiết kế 1-sAnMBR phù hợp khi đồng xử lý nước thải sinh
hoạt và chất thải hữu cơ. Tạo tiền đề cho việc nghiên cứu, triển khai thực tế khi xử lý
HUỲNH TRẦN UY LÂM 1770235

3


Luận văn cao học

nước thải sinh hoạt kết hợp xử lý chất thải rắn sinh hoạt trong cộng đồng dân cư, phù
hợp với yêu cầu tái sử dụng cho trồng trọt, chăn nuôi đồng thời tận dụng nguồn năng
lượng từ q trình kị khí để phục vụ phát điện hoặc đun nấu.

HUỲNH TRẦN UY LÂM 1770235

4


Luận văn cao học

CHƯƠNG 2:
2.1

TỔNG QUAN

Hiện trạng phát sinh chất thải sinh hoạt tại các đô thị Việt Nam
Tốc độ tăng trưởng kinh tế Việt Nam đang tăng nhanh kéo theo sự hình thành nhiều

đơ thị mới ở khắp nơi trên cả nước, dự báo đến năm 2020 dân số đô thị là 44 triệu người,
chiếm hơn 45% dân số. Gia tăng đơ thị hố cho thấy có những tiềm năng về phát triển
kinh tế và chuyển dịch cơ cấu kinh tế giữa các ngành. Tuy nhiên bên cạnh những lợi ích
kinh tế thì trong q trình hoạt động, sinh hoạt hàng ngày tại các đô thị con người thải
ra lượng lớn chất thải (cao gấp 2 - 3 lần tại nơng thơn) vì vậy ảnh hưởng lớn đến mơi
trường sống xung quanh và áp lực cho công tác quản lý, bảo vệ môi trường tại các đô
thị Việt Nam.
2.1.1

Chất thải rắn sinh hoạt

Quá trình sản xuất và sinh hoạt con người luôn phát thải ra lượng lớn chất thải sinh
hoạt. Thống kê BTNMT cho thấy năm 2007 lượng rác phát sinh là 17.682 tấn.ngày-1 thì
đến năm 2010 là 26.224 tấn.ngày-1 (tăng 1,48 lần) và dự báo đến năm 2025 là 83.200
tấn.ngày-1 (tăng 4,7 lần). Năm 2009 chỉ số phát sinh chất thải rắn sinh hoạt khoảng 1,0
kg.người-1.ngày-1 đến năm 2019 chỉ số này vào khoảng 1,2 kg.người-1.ngày-1 và dự báo
lượng phát sinh chất thải rắn đô thị sẽ ngày càng tăng nhanh và khó kiểm sốt. Tại hầu
hết các đô thị, khối lượng chất thải rắn sinh hoạt chiếm khoảng 60 - 70%, trong đó thành
phần chất hữu cơ chiếm khoảng hơn 60%. Ước tính mỗi ngày thải ra khoảng 0,72 kg rác
hữu cơ.người-1.ngày-1.
Hiện nay công tác thu gom chất thải rắn đô thị nước ta chủ yếu ở 2 hình thức: thu
gom sơ cấp (người dân tự thu gom rác vào các thùng.túi-1 chứa sau đó được cơng nhân
thu gom vào các thùng rác) và thu gom thứ cấp (thùng rác sẽ được chuyển đến các xe
ép rác chuyên dụng và chuyển đến khu xử lý). Trong quá trình thu gom, vận chuyển rác
đến khu xử lý tập trung phát sinh nhiều vấn đề như: rác chưa được phân loại tại nguồn,
quá trình vận chuyển chưa đảm bảo tính an tồn và gây mùi hơi từ phân huỷ chất thải
hữu cơ.

HUỲNH TRẦN UY LÂM 1770235

5


Luận văn cao học

Công nghệ xử lý chất thải rắn đô thị ở Việt Nam hiện nay tập trung chủ yếu là chôn
lấp, đốt hoặc làm phân hữu cơ. Công nghệ thiêu đốt tốn kém nhiều năng lượng cung cấp
cho lị đốt, thất thốt thành phần hữu cơ, dinh dưỡng có thể thu hồi từ rác thải hữu cơ.
Bên cạnh đó, việc đốt có nguy cơ tiềm tàng gây ơ nhiễm môi trường như phát sinh mùi
hôi tại khu vực bãi rác, tạo ra chất thải thứ cấp nếu không đốt hồn tồn và gây ơ nhiễm
mơi trường lâu dài tại các nơi xử lý. Thống kê BTNMT năm 2016 cho thấy cả nước có
132 bãi chơn lấp chất thải tập trung, tuy nhiên chỉ có 30% bãi được xem xét là hợp vệ
sinh. Phân hữu cơ được sản xuất từ chất thải rắn hữu cơ đô thị chỉ sử dụng được 55 –
60% lượng chất thải đầu vào và phần cịn lại mang đi chơn lấp. Tuy nhiên chơn lấp rác
thải lại địi hỏi một diện tích bãi rác lớn. Do vậy ở các thành phố đông dân cư và đất đai
khan hiếm thì cơng nghệ này trở nên đắt tiền.
Chiến lược bảo vệ môi trường quốc gia đến năm 2020 cũng hướng đến mục tiêu giảm
thiểu tối đa lượng rác thải chôn lấp và tăng cường tỷ lệ tái chế, tái sử dụng. Do vậy cần
phải xây dựng và phát triển công nghệ xử lý chất thải rắn phù hợp, hiệu quả trong xử lý
chất thải, hạn chế phát sinh chất thải thứ cấp và thu hồi – tái chế chất thải.
2.1.2

Nước thải sinh hoạt

Năm 2004 không thành phố hay đơ thị nào của Việt Nam có hệ thống thu gom hay
xử lý nước thải sinh hoạt. Năm 2009, chỉ có 6 đơ thị xây nhà máy xử lý nước thải tương
đương với tổng công suất xử lý dưới 380.000 m3.ngày-1, rất thấp so với lượng nước thải
4,3 triệu m3.ngày-1. Đánh giá hoạt động quản lý nước thải đô thị năm 2013 cho thấy Việt
Nam đã cải thiện đáng kể vấn đề vệ sinh đô thị, đầu tư phát triển hệ thống thu gom nước
thải hiệu quả. Tuy vậy vẫn còn nhiều vấn đề cần phải giải quyết như chỉ có 90% hộ gia

đình xả nước thải vào bể tự hoại, có 60% hộ gia đình đấu nối vào hệ thống thốt nước
cơng cộng, và thất thốt hơn 10% lượng nước thải chưa được thu gom và xử lý qua các
hệ thống xử lý tập trung.
Năm 2013 có 17 nhà máy xử lý nước thải đô thị đang hoạt động ở Việt Nam, với tổng
công suất thiết kế là 552.000 m3.ngày-1. Đến năm 2018, Việt Nam có khoảng 37 nhà
máy xử lý nước thải tập trung với tổng công suất thiết kế 890.000 m3.ngày-1, và năm
2020 dự kiến sẽ có thêm khoảng 50 nhà máy xử lý nước thải với tổng công suất khoảng
HUỲNH TRẦN UY LÂM 1770235

6


Luận văn cao học

2 triệu m3.ngày-1 đi vào vận hành, nâng tỷ lệ nước thải được thu gom và xử lý đạt khoảng
20%. Hầu hết các nhà máy đều áp dụng giải pháp xử lý nước thải bằng phương pháp
sinh học hiếu khí dạng bùn hoạt tính, kỵ khí – thiếu khí – hiếu khí (A2O), phản ứng theo
mẻ (SBR), mương oxy hóa (OD) vốn phù hợp để xử lý nước thải đơ thị có nồng độ chất
hữu cơ và các thơng số ơ nhiễm mức độ trung bình. Tuy nhiên có trên 20 nhà máy xử lý
nước thải đơ thị đang hoạt động với nồng độ chất hữu cơ thấp do hệ thống thu gom nước
thải chung với nước mưa. Hiện nay, nước ta có trên 30 nhà máy xử lý nước thải đô thị
đang xây dựng sử dụng cơng nghệ bùn hoạt tính với hệ thống thu gom nước thải chung
với nước mưa (tính đến 2018). Lẽ ra phải chọn cơng nghệ xử lý chi phí thấp, xử lý tại
chỗ, dễ nâng cấp hệ thống khi có sự thay đổi nồng độ thì việc áp dụng cơng nghệ bùn
hoạt tính làm tốn hao chi phí xây dựng, vận hành, và hệ thống thu gom nước thải chung
với nước mưa khơng những gây tốn kém chi phí đầu tư, vận hành hệ thống xử lý nước
thải mà còn làm cho nồng độ ơ nhiễm pha lỗng, gây khó khăn cho công tác xử lý nước
thải.
Báo cáo quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế - xã hội TP.HCM năm 2016 cho thấy
có khoảng 90% hộ dân đơ thị được kết nối hệ thống thoát nước và 60% nước thải sinh

hoạt được xử lý. Tuy nhiên, đến tháng 5 năm 2018, theo Sở Tài nguyên và Môi trường
TPHCM, mới chỉ 21,2 % tổng lượng nước thải đô thị phát sinh được thu gom và xử lý
đạt quy chuẩn quy định trước khi thải ra môi trường. Với số lượng nước sinh hoạt năm
2018 sử dụng trên 152 lít.người-1 .ngày-1 và dự đốn tăng 170 lít.người-1.ngày-1 vào năm
2020 sẽ là vấn đề cần quan tâm, xét xét để tìm kiếm giải pháp xử lý nước thải phù hợp
tại TP. HCM.
2.2 Công nghệ màng lọc
Bất cứ vật liệu nào hình thành lớp mỏng và có khả năng chịu được áp suất lớn để
tách các thành phần trong dung dịch như chất lơ lửng, dung mơi, chất hịa tan đều được
xem là màng lọc. Tách vật chất bằng công nghệ màng là quá trình phân tách vật lý. So
với những cơng nghệ khác, cơng nghệ màng có những ưu điểm là vật liệu phân tách
khơng phải dùng nhiệt, hóa học hay sinh học. Cơng nghệ màng có ứng dụng rộng rãi, từ
ứng dụng trong việc tách các chất rắn đơn giản như tách bùn hoạt tính trong xử lý nước
HUỲNH TRẦN UY LÂM 1770235

7


Luận văn cao học

thải sinh hoạt đến việc phân tách các vật chất trong phạm vi phân tử như muối trong khử
muối có trong nước biển.
Màng thường được chế tạo từ cellulose acetate (màng thẩm thấu ngược - RO),
polymer hữu cơ hoặc polymer vô cơ. Một số loại polymer hữu cơ sử dụng để sản xuất
màng như polysulfone, polyethersulfone, sunfonated polysulfone, polyvinylidene,
fluoride,

polyacrylonitrile,

cellulosics,

polyimide,

polyetheri-mide,

aliphatic

polyamides, polyetherketone... Màng vô cơ ổn định về mặt hóa học, cơ học và nhiệt
nhưng lại dễ gãy vỡ và đắt tiền hơn màng hữu cơ. Màng hữu cơ được ứng dụng rộng rãi
trong nước thải và nước cấp vì bền hơn, diện tích bề mặt màng lớn, chống bẩn màng tốt.
Căn cứ vào kích thước lỗ của màng lọc mà ta chia ra thành các loại màng như: Micro
Filtration – MF (kích thước lỗ màng 0,1 – 1µm), Ultra Filtration – UF (kích thước lỗ 6
màng 0,002 – 0,05 µm, Nano Filtration – NF (kích thước lỗ màng 2 – 5 nm) và Reverse
Omosis – RO (kích thước lỗ màng < 1nm).
2.3

Màng sinh học kị khí

2.3.1

Tổng quan màng sinh học kị khí
Trong những năm gần đây, việc sử dụng màng sinh học hiếu khí đã được nghiên cứu

và triển khai trong xử lý nước thải đô thị ở nhiều nơi trên thế giới. Công nghệ AeMBR
này đã chứng minh có những đặc tính tốt hơn so với cơng nghệ xử lý truyền thống như
chất lượng nước sau xử lý cao, lưu giữ toàn bộ sinh khối và tải trọng xử lý cao,... Tuy
nhiên việc sử dụng công nghệ hiếu khí yêu cầu năng lượng cao, lượng bùn thải cao và
không thể phục hồi năng lượng, điều này là hạn chế lớn nhất của công nghệ AeMBR và
đã đi ngược lại xu hướng phát triển phát triển bền vững. Vì vậy mở rộng ra nghiên cứu
AnMBR thay cho AeMBR cũng đang được quan tâm và nghiên cứu.

Màng sinh học kị khí được giới thiệu đầu tiên vào năm 1970. Nó được định nghĩa
đơn giản là một cơng nghệ xử lý khi có sự kết hợp giữa q trình sinh học kị khí và
màng lọc. AnMBR có thể đóng vai trị quan trong trong tương lai vì u cầu năng lượng,
chất dinh dưỡng thấp, sản lượng bùn thải tạo ra thấp. Thêm vào đó có thể tạo ra được
khí sinh học có thể được sử dụng trực tiếp như là nguồn năng lượng.

HUỲNH TRẦN UY LÂM 1770235

8


Luận văn cao học

Bảng 2.1 So sánh các đặc tính công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học
điển hình cho thấy việc bổ sung màng lọc vào hệ thống xử lý có thể cải thiện chất lượng
nước sau xử lý, tải trọng xử lý cao và lưu giữ được sinh khối so với các công nghệ truyền
thống đang áp dụng. Hơn nữa việc kết hợp màng và phân huỷ kị khí cho thấy được tiềm
năng khi ứng dụng và triển khai xử lý với chất lượng nước sau xử lý cao, lượng bùn thải
thấp, yêu cầu năng lượng thấp.
Bảng 2.1 So sánh các đặc tính cơng nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp
xử lý sinh học điển hình
STT Đặc tính

Kị khí

Hiếu khí

AeMBR

AnMBR

1

Hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ

Cao

Cao

Cao

Cao

2

Chất lượng nước sau xử lý

Cao

Rất thấp

Tốt

Cao

3

Tải trọng hữu cơ xử lý

Trung bình

Cao

Cao

Cao

4

Sản lượng bùn thải

Cao

Thấp

Cao

Thấp

5

Nhu cầu mặt bằng

Cao

Cao

Thấp

Thấp

6

Lưu giữ sinh khối

Thấp

Thấp

toàn bộ

toàn bộ

7

Yêu cầu chất dinh dưỡng

Cao

Thấp

Cao

Thấp

8

Yêu cầu độ kiềm

Thấp

Cao

Thấp

Cao

9

Yêu cầu năng lượng

Cao

Thấp

Cao

Thấp

10

Độ nhạy nhiệt độ

Thấp

Thấp

Thấp

Thấp

11

Thời gian khởi động

2- 4 tuần

2 - 4 tháng

< 1 tuần

< 2 tuần

12

Phục hồi năng lượng

khơng

Có

khơng

Có

2.3.2

Hiệu suất màng sinh học kị khí

a) Hiệu quả xử lý

Mục tiêu quan trọng nhất để đạt được trong quá trình hoạt động AnMBR là làm giảm
hàm lượng cacbon hữu cơ trong nước thải sau xử lý. Tuỳ theo đặc tính của nguồn thải,
loại nước thải mà nồng độ COD sẽ có mức giới hạn khác nhau. Ví như nước thải sinh
HUỲNH TRẦN UY LÂM 1770235

9


Luận văn cao học

hoạt có nồng độ COD khoảng 160 mg.L-1, nước thải dệt nhuộm COD khoảng 730–1100
mg.L-1 thì nước thải giết mổ có nồng độ COD lên đến khoảng 10,000 mg.L-1. Hiệu suất
loại bỏ COD vì vậy cũng thay đổi dao động cao từ 76% - 99% [7]. Nghiên cứu Cheng
Wen (1999) [8] sử dụng bể UASB kết hợp với màng lọc UF đặt chìm trong bể ở nhiệt
độ xung quanh ( 12 - 27 0C) cho thấy khả năng loại bỏ COD đạt đến 97%, với COD đầu
ra luôn thấp hơn 20 mg.L-1. Nghiên cứu cũng đề xuất tải trọng hữu cơ AnMBR có thể
xử lý được tải trọng rất cao, từ 0,5 kgCOD/m3.ngày đến 12.5 kgCOD/m3.ngày [8]. Ngoài
khả năng loại bỏ chất hữu cơ, nghiên cứu Kocadagistan (2007) xử lý nước thải thành
phố Erzurum cho thấy AnMBR loại bỏ hiệu quả P-PO43- đạt đến 81% và nồng độ Nitơ
sau xử lý luôn nằm trong tiêu chuẩn xả thải quốc gia. Kết quả cũng cho thấy không phát
hiện được vi sinh, chất lơ lửng trong nước thải sau xử lý [9]. Nghiên cứu Watanabe
(2016) đánh giá ảnh hưởng khi so sánh có SS (chứa xenlulo) và khơng có SS đối với
hiệu suất xử lý cho thấy khơng có khác biệt đáng kể hiệu quả loại bỏ COD khi có mặt
SS, và khi có mặt SS thì hiệu quả loại bỏ COD còn tốt hơn ở một vài trường hợp. Việc
tích luỹ SS chưa phân huỷ trong bể cho thấy màng nhanh bẩn khi HRT là 6 giờ. Thêm
vào đó, cộng đồng vi khuẩn kị khí thay đổi khi có sự hiện diện SS trong bể phản ứng
[10].
Hiệu suất loại bỏ nồng độ COD không những phụ thuộc vào đặc tính dịng chất thải
xử lý mà cịn phụ thuộc vào điều kiện hoạt động. Trong quá trình phân huỷ kị khí, mỗi
giai đoạn q trình phân huỷ kị khí sẽ yêu cầu khoảng giá trị pH khác nhau, vi khuẩn

sản xuất axit yêu cầu giá trị pH 5,5 - 6,5 trong khi đó vi khuẩn sản xuất khí metan yêu
cầu pH 7,8 - 8,2. Vì vậy để cho cộng đồng vi khuẩn phân huỷ kị khí hoạt động ổn đinh
thì khoảng giá trị pH tối ưu nên nằm trong khoảng 6,8-7,4 [13]. Khi giá trị pH nằm ngoài
giá trị hoạt động vi sinh vật nó khơng những tác động tiêu cực đến sản lượng khí metan
mà cịn ảnh hưởng đến tính thấm và tuổi thọ màng lọc [7]. Nghiên cứu Pehlivaner (2014)
đánh giá các điều kiện nhiệt độ khác nhau ảnh hưởng đến hiệu suất AnMBR. Báo cáo
chứng minh rằng nhiệt độ có ảnh hưởng lớn đến q trình phân huỷ kị khí và lọc màng
[12]. Hệ thống AnMBR hoạt động ở điều kiện ưa ấm có nhiều thuận lợi hơn so với điều
kiện ưa lạnh và ưa nhiệt khi xem xét hiệu quả loại bỏ COD và sản lượng khí metan. Tuy
HUỲNH TRẦN UY LÂM 1770235

10