nghiên cứu công nghệ xử lý bằng mô hình kết hợp swim – bed và stick – bed với 2 loại chất mang mới là biofringe (mô hình swim – bed) và biofix (mô hình stick – bed)

i

MỤC LỤC
Mục lục ----------------------------------------------------------------------------------------- i
Danh mục từ viết tắt ------------------------------------------------------------------------ iv
Danh mục bảng ------------------------------------------------------------------------------- v
Danh mục hình ------------------------------------------------------------------------------ vi
CHƯƠNG 1:

MỞ ĐẦU

1.1. Giới thiệu ------------------------------------------------------------------------------- 1
1.2. Mục tiêu -------------------------------------------------------------------------------- 1
1.3. Phạm vi và đối tượng nghiên cứu --------------------------------------------------- 1
1.4. Nội dung nghiên cứu ------------------------------------------------------------------ 1
1.5. Phương pháp nghiên cứu ------------------------------------------------------------- 2
1.6. Tính mới của đề tài -------------------------------------------------------------------- 2
1.7. Tính khoa học và thực tiễn của đề tài ----------------------------------------------- 3
CHƯƠNG 2:

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

GIẾT MỔ VÀ QUÁ TRÌNH SWIM – BED, STICK – BED
2.1. Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải giết mổ ------------------------------ 4
2.1.1.

Quy trình sản xuất -------------------------------------------------------------- 4

2.1.2.

Nguồn phát sinh nước thải ----------------------------------------------------- 5

2.1.3.

Thành phần, tính chất nước thải ---------------------------------------------- 6

2.1.4.

Các cơng nghệ ứng dụng xử lý nước thải giết mổ -------------------------- 6

2.1.5.

Các quá trình loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải ------------------- 10

2.1.6.

Các quá trình xử lý chất hữu cơ kết hợp loại bỏ chất dinh dưỡng ----- 17

2.1.7.

Một số công nghệ xử lý nước thải giết mổ -------------------------------- 21


ii

2.2. Tổng quan về quá trình Swim – Bed và Stick – Bed ------------------------ 23
2.2.1.

Tổng quan về quá trình Swim – Bed (BioFringe) ------------------------ 23

2.2.2.

Các quy trình xử lý ứng dụng quá trình Swim – Bed BioFringe -------- 25

2.2.3.

Tổng quan về quá trình Stick – Bed (BioFix) ----------------------------- 27

2.2.4.

Các quy trình xử lý ứng dụng quá trình Stick – Bed BioFix ------------ 29

2.2.5.

Các q trình xử lý trong mơ hình kết hợp -------------------------------- 30

2.3. Các quá trình xử lý trong mơ hình kết hợp Swim – Bed và Stick – Bed - 40
2.3.1.

Quá trình loại bỏ chất hữu cơ ----------------------------------------------- 34

2.3.2.

Q trình chuyển hóa Nitơ -------------------------------------------------- 35

2.3.3.

Q trình khử Nitrate --------------------------------------------------------- 35

2.3.4.

Quá trình loại bỏ Phospho --------------------------------------------------- 36

2.4. Tình hình nghiên cứu mơ hình Swim – Bed, Stick – Bed trong và ngoài
nước ----------------------------------------------------------------------------------- 41
CHƯƠNG 3:

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

3.1. Đối tượng nghiên cứu --------------------------------------------------------------- 45
3.2. Mơ hình nghiên cứu ----------------------------------------------------------------- 45
3.3. Cách thu, bảo quản và phân tích mẫu --------------------------------------------- 50
3.4. Nội dung thí nghiệm ---------------------------------------------------------------- 53
CHƯƠNG 4:

KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN

4.1. Giai đoạn thích nghi và ổn định mơ hình nghiên cứu -------------------------- 55
4.2. Giai đoạn khảo sát chính ----------------------------------------------------------- 59
4.2.1

Kết quả nghiên cứu khả năng xử lý chất hữu cơ -------------------------- 59

4.2.2

Nghiên cứu khả năng xử lý Nitơ -------------------------------------------- 64


iii

4.2.3

Nghiên cứu khả năng xử lý TKN ------------------------------------------- 68

4.2.4

Nghiên cứu khả năng xử lý Phot pho của mơ hình ----------------------- 70

4.2.5

Nghiên cứu khả năng xử lý SS ---------------------------------------------- 72

4.2.6

Nghiên cứu lhả năng xử lý coliforms -------------------------------------- 73

4.2.7

Hiệu quả lắng của quá trình và duy trì MLSS ---------------------------- 74

4.2.8

So sánh hiệu quả xử lý của các trường hợp ------------------------------- 75

CHƯƠNG 5:

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

5.1. Kết luận ------------------------------------------------------------------------------- 76
5.2. Kiến nghị ----------------------------------------------------------------------------- 76
DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA NGHIÊN CỨU ---- 78

TÀI LIỆU THAM KHẢO -------------------------------------------------------------- 79
PHỤ LỤC ---------------------------------------------------------------------------------- 81


iv

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

BF

Sợi sinh học (BioFringe)

BX

Tấm sinh học (BioFix)

COD

Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)

BOD

Nhu cầu oxy sinh học (Biological Oxygen Demand)

DO

Oxy hòa tan (Demand oxygen)

MLSS

Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn hoạt tính (Mixed Liquor Suspended

Solids)
MLVSS

Cặn bay hơi của hỗn hợp bùn hoạt tính (Mixed Liquor Volatile

Suspended Solids)
PAOs

Vi sinh vật tích lũy photpho (Photphate Accumulatin Organisms)

PVA – gel

Polyvinyl Alcohol Gel

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

SS

Chất rắn lơ lửng (Suspended Solids)

SVI

Chỉ số thể tích bùn lắng (Sludge Volumn Index)

TKN

Tổng nitơ Kjendahl (Total Nitrogen Kjendahl)

TN

Tổng nitơ (Total Nitrogen)

TP

Tổng photpho (Total phosphorus)

TSS

Tổng chất rắn (Total suspended solids)

VFAs

Axit béo dễ bay hơi (Volatile Fatty Acids)


v

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Thành phần, tính chất nước thải giết mổ ................................................... 8
Bảng 3.1. Chi tiết kích thước mơ hình thực nghiệm ............................................... 50
Bảng 3.2 Các chỉ tiêu và phương pháp phân tích ................................................... 52
Bảng 4.1 Kết quả thí nghiệm thích nghi ở tải trọng 1,5kgCOD/m3.ngày .............. 55
Bảng 4.2 Kết quả thí nghiệm thích nghi ở tải trọng 2,5kgCOD/m3.ngày ............... 55
Bảng 4.3 Chỉ số SVI của bùn trong giai đoạn thích nghi ........................................ 55
Bảng 4.4 Tải tro ̣ng trung biǹ h COD na ̣p vào mô hin

̀ h và hiê ̣u suấ t ......................... 58
Bảng 4.5 Hiệu quả xử lý ammonia trung bình ....................................................... 63
Bảng 4.6 Nồng độ TKN đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý ................................... 67
Bảng 4.7 Nồng độ Photpho đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý .............................. 69
Bảng 4.8 Nồng độ MLSS trong các bể phản ứng ................................................... 72
Bảng 4.9 Chỉ số SVI trung bình trong các trường hợp nghi6n cứu ......................... 73


vi

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Quy trình giết mổ gia súc .......................................................................... 9
Hình 2.2 Quá trình A/O ........................................................................................... 22
Hình 2.3 Quá trình A2O .......................................................................................... 22
Hình 2.4 Quá trình Bardenpho cải tiế n 5 ngăn ....................................................... 23
Hin
̀ h 2.5 Quá triǹ h UCT cải tiế n ............................................................................. 24
Hin
̀ h 2.6 Quá triǹ h VIP ........................................................................................... 24
Hin
̀ h 2.7 Quá triǹ h Johannesburg ............................................................................ 25
Hình 2.8 Quy trình xử lý nước thải giết mổ cơng ty VISSAN ............................... 27
Hình 2.9 Giá thể BioFringe ..................................................................................... 28
Hình 2.10 Cấu tạo chi tiết vật liệu tiếp xúc BioFringe ........................................... 29
Hình 2.11 Mặt cắt ngang sợi vật liệu tiếp xúc ........................................................ 29
Hình 2.12 Quy trình BF – SQ ................................................................................ 30
Hình 2.13 Quy trình BF – O .................................................................................... 31
Hình 2.14 Quy trình BF – AO ................................................................................. 32
Hình 2.15 Cấu tạo giá thể BioFix ............................................................................ 33

Hình 2.16 Quá trình xử lý kị khí ứng dụng q trình Stick – Bed BioFix .............. 34
Hình 2.17 Q trình Nitrat hóa và khử Nitrat ứng dụng Stick – Bed BioFix ......... 35
Hình 2.18 Quá trình phân hủy ki ̣khí các chấ t hữu cơ ........................................... 37
Hin
̀ h 2.19 Quá triǹ h chuyể n hóa Nitơ ..................................................................... 40
Hình 2.20 Quá trình chuyể n hóa Photpho ............................................................... 41


vii

Hin
̀ h 2.21 Quy trình công nghê ̣ cơ bản xử lý Photpho ........................................... 42
Hin
̀ h 2.22 Sự biế n đở i BOD hòa tan và phớ tpho .................................................... 43
Hình 2.23 Mơ hình thí nghiệm ................................................................................ 45
Hình 2.24 Mơ hình nghiên cứu ................................................................................ 48
Hình 3.1 Sơ đồ ngun lý mơ hình thực nghiệm ................................................... 50
Hình 3.2 Mơ hình nghiên cứu giai đoạn ban đầu (chạy khơng tải) ......................... 51
Hình 3.3 Mơ hình vận hành thực tế ......................................................................... 52
Hình 3.4 Vật liệu BF trong bể hiếu khí BF ............................................................. 54
Hình 3.5 Vật liệu BX trong bể kị khí BX và thiếu khí ........................................... 54
Hình 4.1 Chỉ số SVI của bể hiếu khí BF trong giai đoạn thích nghi ...................... 58
Hinh 4.2 Hiệu suất xử lý COD trong giai đoạn thích nghi ..................................... 58
Hình 4.3 Hiệu suất xử lý của mơ hình giai đoạn thích nghi ................................... 59
Hình 4.4 Nồng độ COD đầu vào, sau kị khí ........................................................... 62
Hình 4.5 Nồng độ đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý của bể sục khí BF ............... 63
Hình 4.6 COD đầu vào, sau kị khí, COD đầu ra ..................................................... 64
Hình 4.7 COD đầu vào, sau kị khí, COD đầu ra ..................................................... 64
Hình 4.8 Hiệu suất q trình kị khí BX, hiếu khí BF và của mơ hình kết hợp ....... 65
Hình 4.9 Ammonia đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý ........................................... 66

Hình 4.10 Ammonia đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý ........................................ 67
Hình 4.11 Diễn biến nồng độ Nitrate trong quá trình ............................................. 69
Hình 4.12 Nồng độ TKN đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý .................................. 70
Hinh 4.13 TKN đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý trung bình của mơ hình .......... 71
Hình 4.14 Nồng độ Photpho đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý ............................. 72


viii

Hình 4.15 Nồng độ Photpho đầu vào, đầu ra và hiệu suất xử lý ............................. 73
Hình 4.16 Nồng độ SS đầu vào, đầu ra và hiệu suất loại bỏ SS ............................. 74
Hình 4.17 Kết quả phân tích Coliforms đầu ra ....................................................... 75
Hình 4.18 Hiệu suất xử lý trung bình theo từng tải trọng ....................................... 76


1

CHƯƠNG I
MỞ ĐẦU
1.1 Giới thiệu
Giết mổ gia súc là một trong những ngành gây nhiều vấn đề ô nhiễm môi
trường nhất hiện nay. Đặc biệt là nước thải phát sinh từ các lị giết mổ. Nước thải bị
ơ nhiễm các chất hữu cơ cao, cặn lơ lửng, nitơ, vi khuẩn gây bệnh … nếu khơng
được xử lý triệt để thì đây sẽ là nguồn gây ô nhiễm nguồn nước nghiêm trọng.
Trong những năm gần đây, công nghệ xử lý nước thải cho các lị giết mổ ln được
cải tiến. Tuy nhiên hiệu quả xử lý vẫn chưa cao, tốn nhiều chi phí đầu tư, vận hành
và bảo dưỡng. Vì vậy, việc thúc đẩy nghiên cứu các công nghệ mới với các ứng
dụng mới để giải quyết vấn đề nước thải cho các lị giết mổ là rất có ý nghĩa thực tế.
1.2 Mục tiêu
-

Nghiên cứu khả năng xử lý COD, TKN, Nitơ, Photpho và SS của nước thải
giết mổ bằng mơ hình kết hợp q trình Swim – Bed và Stick – Bed

-

Đánh giá khả năng xử lý COD, TKN, Nitơ, Photpho và SS của mơ hình.

-

Xác định thơng số thiết kế và vận hành mơ hình

1.3 Pha ̣m vi và đố i tượng nghiên cứu
-

Pha ̣m vi nghiên cứu: Nước thải có thành phầ n hữu cơ cao và giàu chấ t dinh
dưỡng

-

Đối tượng nghiên cứu cu ̣ thể : nước thải giết mổ từ lò giết mổ gia súc Phước
Kiển, tại số 15B – ấp 5 – xã Phước Kiển – huyện Nhà Bè – Tp. Hồ Chí Minh.

1.4 Nội dung nghiên cứu:
-

Xác định khả năng xử lý COD, TKN, Nitơ, Photpho và SS trên mơ hình

-

Chọn thơng số tối ưu cho việc thiết kế và vận hành cho mơ hình;


2

1.5 Phương pháp nghiên cứu
1.5.1 Phương pháp nghiên cứu biê ̣n hội
Tham khảo, tổ ng hơ ̣p số liê ̣u về thành phầ n tin
́ h chấ t nước thải công nghiệp
theo các tài liê ̣u trong và ngoài nước. Tìm hiể u nghiên cứu các công nghê ̣ xử lý
nước thải, những nghiên cứu đã đươ ̣c thực hiê ̣n trong và ngoài nước.
Thu thâ ̣p, tìm hiể u các nghiên cứu đã đươ ̣c thực hiê ̣n về xử lý loa ̣i bỏ nitơ,
phospho trong nước thải cũng như các công trin
̀ h đã áp du ̣ng trên thế giới để có cơ
sở và phương hướng nghiên cứu ứng du ̣ng ở Viê ̣t Nam.
1.5.2 Phương pháp phân tích
Các chỉ tiêu lý hóa đươ ̣c phân tích trong suố t quá trình nghiên cứu. Các chỉ
tiêu nghiên cứu cu ̣ thể như: pH, COD, DO, NO2-, NO3-, TKN, T.P, MLSS, NH4+
đươ ̣c xác đinh
̣ trong nghiên cứu.
1.5.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiê ̣m trên mô hình
Mô hình nghiên cứu đươ ̣c xây dựng bằ ng nhựa trong suốt, đảm bảo các điề u
kiê ̣n sinh trưởng cũng như hoa ̣t đô ̣ng của vi sinh trong nghiên cứu. Nước thải thực
cung cấ p cha ̣y cho mô hình nghiên cứu. Các mẫu phân tích đươ ̣c lấ y từ mô hình,
phân tić h các chỉ tiêu nghiên cứu.
1.5.4 Phương pháp xử lý số liê ̣u và nhận xét
Từ số liê ̣u thô, tiń h toán hiê ̣u suấ t xử lý, hiê ̣u suấ t chuyể n hóa, vẽ đồ thi,̣ đưa
ra những phân tích nhâ ̣n xét đánh giá và kế t luâ ̣n.

1.6 Tính mới của đề tài

Xử lý nước thải bằng phương pháp kị khí kết hợp hiếu khí đã ứng dụng nhiều
trong các hệ thống xử lý nước thải cơng nghiệp trong đó có ngành giết mổ gia súc.
Tuy nhiên, đề tài nghiên cứu cơng nghệ xử lý bằng mơ hình kết hợp Swim – Bed và
Stick – Bed với 2 loại chất mang mới là BioFringe (mơ hình Swim – Bed) và
BioFix (mơ hình Stick – Bed) là hồn tồn mới.


3

1.7 Tính khoa học và thực tiễn của đề tài
1.7.1 Tính khoa học:
Tồn bộ kết quả của đề tài đựợc rút ra từ những thí nghiệm có căn cứ khoa học
rõ ràng, việc tính tốn, xử lý số liệu thơng qua quy hoạch thực nghiệm và các
phương pháp thống kê tốn học nên đảm bảo tính khoa học của đề tài.
1.7.2 Tính thực tiễn
Ý nghĩa thực tiễn của đề tài là cơ sở lựa chọn công nghệ cho xử lý nước thải
giết mổ gia súc.


4

CHƯƠNG II
TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI GIẾT
MỔ VÀ QUÁ TRÌNH SWIM – BED, STICK – BED
2.1 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải giết mổ:
2.1.1 Quy trình sản xuất
Nguồn cung cấp

Chuồng nhốt

Chích điện

Chọc tiết

Trụng nước sơi

Cạo lơng

Mổ, tách lịng

Chẻ thịt

Làm lịng
Kiểm tra thú y

Pha lóc đơn giản

Lịng sạch
Phân phối sản phẩm

Hình 2.1 Quy trình giết mổ gia súc


5

-

Thú sống từ các nơi nhập về đưa vào các chuồng nhốt để giảm căng thẳng,
chống suy kiệt và loại bỏ một phần vi khuẩn ra khỏi ruột.

-

Trước khi tiến hành mổ phải làm chống, sử dụng hình thức chích điện làm
choáng heo trước khi chọc tiết.

-

Sau khi làm choáng, heo được đưa sang công đoạn chọc lấy tiết và chuyển lên
chảo trụng nước sôi để tiến hành cạo lông và treo mổ ; bao gồm cắt đầu, mổ
tách lòng và chẻ thịt.

-

Thịt chẻ mảnh và lòng heo sau khi vệ sinh sạch sẽ, được đưa tiếp qua khâu thú
y kiểm tra đóng dấu và cung cấp ra thị trường.
Ngoại trừ các lị giết mổ cơng nghiệp tập trung với quy mô lớn, công suất lớn

hơn 1000 con/đêm; hoạt động giết mổ gia súc chủ yếu hiện nay là giết mổ thủ cơng
theo hình thức gia cơng: thương lái mang heo từ các nơi về đưa vào lò giết mổ,
kiểm tra thú y và mang ra bán tại các chợ. Chủ cơ sở thu lại tiền mặt bằng, thuê
công nhân, điện, nước, củi/gas và kiểm tra thú y.
2.1.2 Nguồn phát sinh nước thải:
Nước thải phát sinh từ cơ sở chủ yế u là nước thải sản xuấ t từ các công đoa ̣n
như: trụng nước sôi, cạo lông, mổ tách lòng, làm lòng, làm sạch …
Nước thải từ các lò mổ phát sinh từ khâu tắm heo, vệ sinh chuồng trại, rửa thịt,
từ cơng đoạn mổ, làm lịng, vệ sinh bệ mổ, nước thải từ chảo trụng,… chứa nhiều
các thành phần hữu cơ như axit béo, protein, máu, lông, da, nitơ hữu cơ, phospho,…
Do đó, nước thải từ các lị giết mổ thường bị ô nhiễm bởi chất rắn lơ lững (SS), các
chất hữu cơ (BOD/COD), các chất dinh dưỡng (N, P) và các vi sinh vật gây bệnh
(E.coli, Salmonella, S. aureus, Clostridium perfringens,…).

Nồng độ cao các chất ô nhiễm trong nước thải có nguồn gốc từ khâu vệ sinh
chuồng trại, khâu thu huyết, khâu mổ xẻ và khâu làm lịng. Ngồi ra, trong máu
chứa nhiều chất hữu cơ và có hàm lượng nitơ rất cao nên phương pháp thu hồi và
loại bỏ máu có ý nghĩa quan trọng đối với các cơng trình xử lý phía sau.


6

2.1.3 Thành phần, tính chất nước thải:
Nhìn chung, nước thải giết mổ có chứa nhiều chất hữu cơ đễ phân hủy sinh
học, nồng độ các chất dinh dưỡng cao. Thành phần, tính chất nước thải như sau:
Bảng 2.1 Thành phần, tính chất nước thải giết mổ
Tên chỉ tiêu

Stt

Đơn vị

Giá trị

1

pH

-

6,6 – 7,0

2

SS

mg/l

750 – 1.200

3

BOD

mgO2/l

1.600 – 2.200

4

COD

mg/l

2.500 – 3.000

5

Tổng N

mg/l

350 - 470

6

Tổng P

mg/l

32 - 54

7

Tổng coliform

MPN/100ml

12 x 108
(Nguồn: Tổng hợp từ nhiều nguồn)

2.1.4 Các công nghệ ứng dụng xử lý nước thải giết mổ:
Nước thải giết mổ nhìn chung có nhiều dầu mỡ, cặn lơ lửng, chất dinh dưỡng
và nồng độ chất hữu cơ cao. Công nghệ xử lý nước thải giết mổ thường kết hợp
nhiều phương pháp để xử lý đạt yêu cầu như: phương pháp cơ học, hóa lý và sinh
học.
2.1.4.1

Phương pháp cơ học

Phương pháp cơ học sử dụng trong xử lý nước thải giết mổ chủ yếu là các hệ
thống sàng lọc, tách rác và tách dầu mỡ.
Cặn, rác có trong nước thải giết mổ phần lớn là lơng (cơng đoạn cạo lơng),
lịng (cơng đoạn làm lịng), huyết, thịt vụn rơi vãi … Nếu không loại bỏ các thành

7

phần này sẽ làm ảnh hưởng đến các thiết bị trong hệ thống xử lý như bơm, đường
ống. Thiết bị tách cặn, rác thường dùng là các song chắn rác thủ cơng hay máy tách
rác.
Ngồi ra, trong nước thải cịn có các thành phần dầu mỡ khơng tan trong nước,
lâu ngày sẽ phân hủy tạo mùi hơi thối, đóng váng trong đường ống, chiếm mặt
thoáng của các bể xử lý làm ảnh hưởng đến các quá trình xử lý sinh học phía sau.
Cơng trình tách dầu mỡ phổ biến là các bể tách dầu mỡ bằng trọng lực.
Phương pháp hóa lý

2.1.4.2

Bản chất của quá trình xử lý nước thải bằng phương pháp hóa lý là áp dụng
các q trình vật lý và hóa học để loại bớt các chất ơ nhiễm ra khỏi nước thải. Các
quá trình thường được áp dụng để xử lý nước thải giết mổ là : keo tụ, tạo bông,
tuyển nổi, …
Keo tụ, tạo bông cặn.



Phương pháp áp dụng một số chất như phèn nhôm, phèn sắt, polymer có tác
dụng kết dính các chất khuếch tán trong dung dịch thành các hạt có kích cỡ và tỷ
trọng lớn hơn rồi lắng để loại bớt các chất ô nhiễm ra khỏi nước thải.
Việc lựa chọn chất tạo bông hay keo tụ phụ thuộc vào thành phần và tính chất
của nước thải cũng như của chất khuếch tán cần loại. Trong một số trường hợp các
chất phụ trợ nhằm chỉnh cho giá trị pH của nước thải tối ưu cho q trình tạo bơng
và keo tụ.

Trong một số trường hợp phương pháp này cho phép loại bớt màu của nước
thải nếu kết hợp áp dụng một số chất phụ trợ khác.


Tuyển nổi.
Đây là phương pháp được áp dụng tương đối rộng rãi nhằm loại các chất rắn

lơ lửng mịn , dầu mỡ ra khỏi nước thải. Phương pháp tuyển nổi thường được áp


8

dụng trong xử lý nước thải chứa dầu, nước thải cơng nghiệp thuộc da, dược phẩm
v.v...
Bản chất của q trình tuyển nổi ngược lại với quá trình lắng và được áp dụng
trong trường hợp quá trình lắng xảy ra rất chậm hoặc rất khó thực hiện. Các chất lơ
lửng, dầu, mỡ sẽ được nổi lên trên bề mặt của nước thải dưới tác dụng nâng của các
bọt khí.
Các phương pháp tuyển nổi thường được áp dụng là :
-

Tuyển nổi chân khơng.

-

Tuyển nổi áp lực (tuyển nổi khí hịa tan )

-

Tuyển nổi cơ giới.

-

Tuyển nổi với cung cấp khơng khí qua các vật liệu xốp.

-

Tuyển nổi điện

-

Tuyển nổi sinh học

-

Tuyển nổi hóa học
Trong đó phương pháp tuyển nổi khí tan thường được áp dụng nhiều hơn.

2.1.4.3

Phương pháp sinh học

Bản chất của q trình xử lý các chất ơ nhiễm trong nước thải bằng phương
pháp sinh học là sử dụng khả năng sống – hoạt động của các vi sinh vật để phân hủy
các hợp chất hưũ cơ có trong nước thải. Chúng sử dụng các chất hữu cơ và một số
chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Căn cứ vào tính chất hoạt
động của vi sinh vật có thể chia phương pháp sinh học ra thành 3 nhóm chính như
sau :
-

Các phương pháp hiếu khí (aerobic).

-

Các phương pháp kị khí (anaerobic).

-

Các phương pháp thiếu khí (anoxic).


9

Các q trình hiếu khí (aerobic)



Các phương pháp hiếu khí dựa trên nguyên tắc là các vi sinh vật hiếu khí phân
hủy các chất hữu cơ trong điều kiện có oxy hòa tan.
Chất hữu cơ + Vi sinh vật + O2

H2O + CO2 + Sinh khối + Chất vô cơ ổn định

Các phương pháp xử lý thường hay sử dụng :
-

Phương pháp bùn hoạt tính (activated sludge).

-

Phương pháp phân hủy sinh học đệm cố định (fixed bed bioreactor).

-

Phương pháp phân hủy sinh học lớp đệm lơ lửng (moving bed bioreactor)

-

Phương pháp lọc sinh học (trickling filter).

-

Phương pháp ao ổn định (ao hiếu khí, ao tùy nghi).
Các q trình kị khí (anaerobic)



Thường được sử dụng để xử lý nước thải có nồng độ các chất hữu cơ đậm đặc
(BOD từ 10.000 – 20.000 mg/l) hoặc loại bỏ các chất hữu cơ có trong phần cặn của
nước thải bằng vi sinh vật tùy nghi và vi sinh kỵ khí trong đó ưu thế là các vi sinh
vật kỵ khí.
Q trình phân hủy kị khí các hợp chất hữu cơ thường xảy ra theo hai q
trình chính :
Q trình lên men acid :
Thủy phân và chuyển hóa các sản phẩm thủy phân (như acid béo, đường...)
thành các acid và rượu mạch ngắn hơn và cuối cùng thành khí cacbonic (CO2).
Q trình lên men methan :
Phân hủy các chất hữu cơ thành khí methan (CH4) và cacbonic (CO2).
Chất hữu cơ

+

Vi sinh vật

Kị khí

CH4 + H2O + CO2 + Sinh khối

(trong q trình phân hủy kỵ khí thường kéo theo các sản phẩm như: N2, H2,
H2S, NH3, indol, mecaptan)
Các phương pháp kị khí thường hay sử dụng :


10

-

Kỵ khí kiểu tiếp xúc (Anaerobic Contact).

-

Bể phản ứng kị khí có đệm dãn (Fluidized Bed)

-

Kỵ khí kiểu đệm bùn dịng chảy ngược (Upflow Anaerobic Sludge Blanket).



Các q trình thiếu khí (anoxic)

Các phương pháp xử lý thiếu khí thường được áp dụng để loại các chất dinh

dưỡng như Nitơ và Photpho, các yếu tố gây hiện tượng bùng nổ tảo trong nước bề
mặt, ra khỏi nước thải .
Nguyên tắc là trong điều kiện thiếu oxy hịa tan (hàm lượng ơ xy hòa tan trong
hệ thống xử lý được giữ ở mức xấp xỉ 1 mg/L), việc khử nitrat hóa sẽ xảy ra :
NO3- → NO2NO2- + chất hữu cơ → N2 + CO2 + H2O
Trong thực tế, tùy thuộc vào đặc trưng nước thải, điều kiện mặt bằng, kinh
phí, tiêu chuẩn thải,... có thể chọn một hoặc nhiều phương pháp kết hợp để xây
dựng một cơng trình xử lý nước thải thích hợp và có hiệu quả cao.
2.1.5 Các q trình loại bỏ chất dinh dưỡng trong nước thải:
Xử lý chấ t dinh dưỡng là mô ̣t chủ đề mà nó minh chứng cho tầ m quan tro ̣ng
trong thiế t kế của hê ̣ thố ng bùn hoa ̣t tin
́ h. Chấ t dinh dưỡng đươ ̣c nói đế n ở đây là
nitơ và phố tpho trong nước thải. Ở nhiề u vùng, xử lý chấ t dinh dưỡng đươ ̣c chú ý
trong giải pháp xử lý trong những dự án mới và những hê ̣ thố ng xử lý cũ thì đươ ̣c
cải ta ̣o nhằ m để xử lý chấ t dinh dưỡng.
Thông thường thì viê ̣c xử lý nitơ và photpho tùy thuô ̣c vào khoảng rô ̣ng của
mu ̣c đić h xử lý, đầ u ra sau cùng và chấ t lươ ̣ng nước của nguồ n tiế p nhâ ̣n. Ở mô ̣t số
nơi nha ̣y cảm như hồ tự nhiên, hồ nhân ta ̣o và cửa sông đế n vấ n đề phú dưỡng hóa
thì viê ̣c loa ̣i bỏ chấ t dinh dưỡng thì hế t sức cầ n thiế t quan tâm. (Marcos von
Sperling, 2005)


11

2.1.5.1

Quá trình nitrat hóa

Vi sinh vật
Vi khuẩ n hiế u khí tự dưỡng chiụ trách nhiê ̣m nitrat hóa trong bùn hoa ̣t tiń h và
quá triǹ h màng sinh ho ̣c. Nitrat hóa là quá trin
̀ h 2 bâ ̣c gồ m có 2 nhóm vi khuẩ n.
Trong bâ ̣c thứ nhấ t, ammonia sẽ oxi hóa thành nitrit bởi mô ̣t nhóm vi khuẩ n tự
dưỡng. Trong bâ ̣c thứ hai, nitrit sẽ oxi hóa thành nitrat bởi nhóm vi sinh vâ ̣t tự
dưỡng. Hai nhóm vi khuẩ n thường quan tâm đố i với vi khuẩ n nitrat hóa trong nước
thải là vi khuẩ n tự dưỡng Nitrosomonas và Nitrobacter, 2 nhóm vi khuẩ n này oxi
hóa ammonia thành nitrit và sau đó thành nitrat tương ứng.
Đẳ ng lượng của nitrat hóa sinh học
Quá triǹ h oxi hóa ammonia thành nitrit xảy ra theo hai bâ ̣c như sau:
Vi khuẩn Nitrosomonas
2NH4+ + 3O2 → 2NO2- + 4H+ + 2H2O
Vi khuẩn Nitrobacter
2NO2- + O2 → 2NO3Tổ ng phản ứng oxi hóa
NH4+ + 2O2 → NO3- + 2H+ + 2H2O
Dựa trên tổ ng phản ứng oxi hóa ở trên, nhu cầ u oxi cầ n cho oxi hóa hoàn toàn
ammonia là 4.57 gO2/g N oxi hóa, với 3.43 gO2/g đươ ̣c sử du ̣ng cho ta ̣o nitrit và
1.14 gO2/g NO2 bi ̣ oxi hóa. Khi sự tổ ng hơ ̣p đươ ̣c xem xét, thì lươ ̣ng oxi yêu cầ u
thấ p hơn 4.57 gO2/g N do oxi thu đươ ̣c từ sự cố đinh
̣ CO2 và nitơ vào trong tế bào
sinh khố i.
Bỏ qua màng tế bào, lươ ̣ng kiề m cầ n để thực hiê ̣n phản ứng có thể đươ ̣c ước
lươ ̣ng như sau:
NH4+ + 2HCO3- + 2O2 → NO3- + 2CO2 + 3H2O
Trong phương triǹ h trên mỗi gam nitơ ammonia đươ ̣c chuyể n hóa thì cầ n
7.14g kiề m (CaCO3) [2x (50g CaCO3/eq)/14].


12

Cùng với năng lươ ̣ng thu đươ ̣c, mô ̣t phầ n ion amoni đươ ̣c đồ ng hóa vào trong
màng tế bào. Phản ứng tổ ng hơ ̣p sinh khố i có thể trình bày như sau:
4CO2 + HCO3- + NH4+ + H2O → C5H7O2N + 5O2
Công thức hóa ho ̣c C5H7O2N đươ ̣c sử du ̣ng để mô tả sự tổ ng hơ ̣p tế bào vi
khuẩ n
NH4+ +1.863O2 + 0.098CO2 → 0.0196C5H7O2N + 0.98NO3- + 0.0941H2O + 1.98H+
Từ phương trình trên thấ y rằ ng đố i với mỗi gam nitơ ammonia đươ ̣c chuyể n
hóa thì sử du ̣ng 4.52 gO2, 0.16 g tế bào mới đươ ̣c hình thành, 7.07 g kiề m CaCO3 bi ̣
loa ̣i bỏ và 0.08 g cacbon vô cơ đươ ̣c sử du ̣ng trong quá trình hin
̀ h thành tế bào mới.
Động học tăng trưởng
n = (

nmN
) – kdn
Kn - N

Trong đó:
n: Tố c đô ̣ tăng trưởng riêng của vi khuẩ n nitrat hóa, g tế bào mới/ g tế bào.ngày
nm: Tố c đô ̣ tăng trưởng riêng tố i đa của vi khuẩ n nitrat hóa, g tế bào mới/g tế
bào.ngày
N: Nồ ng đô ̣ nitơ, g/m3
Kn: Hằ ng số bán vâ ̣n tố c, nồ ng đô ̣ chấ t nề n ta ̣i vi ̣trí ½ tố c đô ̣ sử du ̣ng cơ chấ t riêng,
g/m3
kdn: Hê ̣ số phân hủy nô ̣i bào cho vi khuẩ n nitrat hóa, gVSS/ gVSS.
Khoảng dao đô ̣ng của tố c đô ̣ tăng trưởng riêng tố i đa cũng như nhiê ̣t đô ̣ hoa ̣t
đô ̣ng, ở nhiê ̣t đô ̣ 200C, nm khác nhau từ 0.25 đế n 0.77 gVSS/ gVSS (Randall et al,
1992). Khoảng dao đô ̣ng của tố c đô ̣ tăng trưởng nitrat hóa có thể do sự hiê ̣n diê ̣n cơ
chấ t gây ức chế trong nước thải. Trong tấ t cả mo ̣i trường hơ ̣p, giá tri ̣ nm đố i với vi

khuẩ n nitrat hóa nhiề u hơn so với giá tri ̣ của những vi khuẩ n di ̣ dưỡng. Giá tri ̣ SRT
đă ̣c trưng có thể từ 10 đế n 20 ngày ở 100C, 4 đế n 7 ngày ở 200C. Ở nhiê ̣t đô ̣ lớn hơn
280C sẽ xem xét cả đô ̣ng ho ̣c oxi hóa ammonia và nitrit. Ở nhiê ̣t đô ̣ cao, tùy theo sự


13

thay đổ i đô ̣ng ho ̣c oxi hóa N-NH4+ và N-NO2- và N-NO2- sẽ tić h lũy ở giá tri ̣ SRT
lâu.
Đố i với hê ̣ thố ng nitrat hóa bùn hoa ̣t tin
́ h khuấ y trô ̣n hoàn toàn đươ ̣c thić h
nghi hoàn toàn, ở 250C với sự hiê ̣n diê ̣n đủ DO, nồ ng đô ̣ N-NO2- có thể thấ p hơn
0.1 mg/l so với nồ ng đô ̣ N-NH4+ trong khoảng 0.5 – 1 mg/l. Tuy nhiên trong thời
gian đầ u của quá trình nitrat hóa, nồ ng đô ̣ N-NO2- sẽ lớn hơn nồ ng đô ̣ N-NH4+, do
sự phát triể n của vi khuẩ n oxi hóa nitrit không thể xảy ra cho đế n khi vi khuẩ n oxi
hóa ammonia thành nitrit.
Nồ ng đô ̣ DO ảnh hưởng đế n tố c đô ̣ nitrat hóa trong hê ̣ thố ng bùn hoa ̣t tin
́ h.
Trái ngươ ̣c với những vi khuẩ n hiế u khí di ̣dưỡng phân hủy hơ ̣p chấ t hữu cơ, tố c đô ̣
nitrat hóa làm tăng nồ ng đô ̣ DO lên khoảng 3 – 4 mg/l. Để giải thić h ảnh hưởng của
DO, biể u thức tố c đô ̣ tăng trưởng riêng có thể đươ ̣c viế t la ̣i như sau:
n = (

nmN
DO
)(
) – kdn
Kn - N K0 + DO

Trong đó: DO: Nồ ng đô ̣ oxi hòa tan

K0: Hê ̣ số bán baõ hòa đố i với DO, mg/l
2.1.5.2

Quá trình khử nitrat

Khử nitrat xảy ra trong quá trình sinh ho ̣c theo 2 cách là quá trình đồ ng hóa và
di ̣hóa. Quá triǹ h đồ ng hóa bao gồ m sự khử nitrat thành ammonia sử du ̣ng cho tổ ng
hơ ̣p tế bào. Chúng xảy ra khi N-NH4+ không có sẵn và không phu ̣ thuô ̣c vào nồ ng
đô ̣ DO. Di ̣ hóa khử nitrat hoă ̣c khử nitrat sinh ho ̣c kế t hơ ̣p là mô ̣t chuỗi chuyể n hóa
điê ̣n tử và nitrat hoă ̣c nitrit đươ ̣c sử du ̣ng như là chấ t nhâ ̣n điê ̣n tử cho viê ̣c oxi hóa
hơ ̣p chấ t hữu cơ khác hoă ̣c chấ t cho điê ̣n tử vô cơ. Phầ n lớn quá trình này đươ ̣c sử
du ̣ng cho khử nitơ trong xử lý nước thải đô thi.̣ Quá trin
̀ h có bể thiế u khi,́ nitrat
đươ ̣c đưa vào bể thiế u khí sau quá trin
̀ h nitrat hóa ta ̣i bể hiế u khi.́ Ta ̣i ngăn thiế u khí


14

này chấ t hữu cơ trong nước thải là chấ t cho điê ̣n tử để phản ứng oxi hóa sử du ̣ng
nitrat.
Đẳ ng lượng của quá trình khử nitrat
Phản ứng khử nitrat bao gồ m những bước sau: từ nitrat thành nitrit, oxit nitrit,
oxit nitrous và thành khí nitơ
NO3- → NO2- → NO → N2O → N2
Trong quá triǹ h khử nitơ, chấ t cho điê ̣n tử là 1 trong 3 nguồ n: (1) bsCOD
trong nước thải đầ u vào, (2) bsCOD sinh ra trong quá trin
̀ h phân hủy nô ̣i bào, và (3)
nguồ n từ bên ngoài như methanol hay acetate. Phản ứng khử nitrat mô tả như
phương triǹ h sau, với C10H19O3N đươ ̣c sử du ̣ng để mô tả như là hơ ̣p chấ t hữu cơ

phân hủy sinh ho ̣c.
Với nước thải:
C10H19O3N + 10NO3- → 5N2 + 10CO2 + 3H2O + NH3 + 10OHVới methanol:
5CH3OH + 6NO3- → 3N2 + 5CO2 + 7H2O + 6OHVới acetate:
5CH3COOH + 8NO3- → 4N2 + 10CO2 + 6H2O + 8OHTrong tấ t cả các phản ứng khử nitrat di ̣ dưỡng ở trên, 1 đương lươ ̣ng của đô ̣
kiề m sinh ra trên đương lươ ̣ng của N-NO3- bi ̣ khử, tương đương là 3.57g của đô ̣
kiề m CaCO3 sinh ra trên g N-NO3- bi ̣khử. Trong quá trin
̀ h nitrat hóa thì 7.14g kiề m
CaCO3 bi ̣tiêu thu ̣ trên g N-NH4+ bi ̣oxi hóa.
Trong quá triǹ h khử nitrat, mu ̣c tiêu quan tro ̣ng là khử nitrat bằ ng sinh ho ̣c. Do
đó, những thông số thiế t kế quan tro ̣ng cho quá trình khử ntrat là số lươ ̣ng bsCOD
hoă ̣c BOD cầ n để cung cấ p đủ lươ ̣ng chấ t cho điê ̣n tử đố i với viê ̣c khử nitrat. Theo
quy luâ ̣t chung ước lươ ̣ng rằ ng 4g BOD thì cầ n cho mỗi g NO3- bi ̣ khử. Tuy nhiên,


15

giá tri ̣ thực tế sẽ phu ̣ thuô ̣c vào điề u kiê ̣n hoa ̣t đô ̣ng của hê ̣ thố ng và da ̣ng của chấ t
cho điê ̣n tử đươ ̣c sử du ̣ng cho khử nitrat. Số lươ ̣ng oxi đươ ̣c sử du ̣ng trên mỗi đơn
vi ̣ bsCOD có mố i quan hê ̣ đế n tăng trưởng sinh khố i, tỉ số bsCOD/N-NO3- cũng có
mố i quan hê ̣ đế n sự tăng trưởng sinh khố i.
Động học tăng trưởng quá trình khử nitrat
Tố c đô ̣ sử du ̣ng cơ chấ t rsu đươ ̣c biể u diễn như sau:
rsu =

kXS
Ks + S

: Tỷ lê ̣ vi khuẩ n khử nitrat trong sinh khố i, gVSS/ gVSS;  = 0.2 – 0.8.
Ảnh hưởng của nitrat và nồ ng đô ̣ oxy đế n quá trình khử nitrat

kXS
NO3
K0 '
rsu = (
)(
)(
) ()
Ks + S KsNO3 + NO3 K0' + DO
Trong đó:
’
K0’: Hê ̣ số ức chế DO để quá trin
̀ h khử nitrat hóa, mg/l; K0 = 0.1 – 0.2 mg/l.

Ks,NO3: Hằ ng số bán vâ ̣n tố c đố i với phản ứng ha ̣n chế nitrat, mg/l; K0’ = 0.1 mg/l.
2.1.5.3

Quá trình loại bỏ photpho

Bản chấ t của quá trình loa ̣i bỏ photpho đó là mô ̣t quá trình trải qua hai quá
trin
̀ h ky ̣ khí và hiế u khí.
Kế t hơ ̣p giữa hai điề u kiê ̣n ky ̣ khí và hiế u khí. Trong điề u kiê ̣n kế t hơ ̣p, vi sinh
vâ ̣t tić h lũy photpho (PAOs) phu ̣ thuô ̣c vào sự kế t hơ ̣p giữa hai điề u kiê ̣n ky ̣ khí và
hiế u khí để tổ ng hơ ̣p sinh khố i từ năng lươ ̣ng bên trong, chấ t hữu cơ lên men và
polyphosphate cấ u thành tế bào.
Điều kiê ̣n ky ̣ khí
Axit béo bay hơi (VFA) là sản phẩ m phân hủy của vi khuẩ n tùy nghi. Mô ̣t
phầ n của chấ t hữu cơ dễ phân hủy sinh ho ̣c bi ̣ chuyể n hóa, thông qua quá trin
̀ h lên
men của nước thải trong ngăn ky ̣ khí chuyể n hóa các chấ t hữu cơ đơn giản ví du ̣

16

như các axit́ béo bay hơi. Sự chuyể n hóa này thường đươ ̣c thực hiê ̣n bởi các vi
khuẩ n tùy nghi xảy ra trong ngăn ky ̣ khí. Ở đây thì không đủ thời gian cho quá trình
thủy phân và chuyể n hóa của các chấ t hữu cơ thành phầ n của nước thải đầ u vào.
Tích lũy các axít béo bay hơi bởi các vi sinh vâ ̣t tích lũy phố tpho (PAOs). Vi
sinh vâ ̣t tić h lũy phố tpho hấ p thu các axit́ béo bay hơi nhanh và tić h lũy bên trong tế
bào. PAOs đồ ng hóa các sản phẩ m lên men nhanh hơn các vi sinh vâ ̣t khác trong
quá triǹ h bùn hoa ̣t tiń h. Nói cách khác đây chin
́ h là đă ̣c tin
́ h đă ̣c trưng của PAOs
trong vùng ky ̣ khí.
Giải phóng phosphate. Phosphate giải phóng đươ ̣c tić h lũy trước bởi nhóm vi
khuẩ n cung cấ p năng lươ ̣ng cho chuyể n hóa cơ chấ t cho lên men và dự trữ trong sản
phẩ m chuyể n hóa, như là polyhydroxybutyrate (PHB).
Điều kiê ̣n hiế u khí
Sự tiêu thu ̣ cơ chấ t dự trữ và đồ ng hóa phố tpho. PHB bi ̣ oxi hóa chuyể n thành
dioxit và nước. Photpho hòa tan bi ̣ loa ̣i bỏ khỏi nước thải bởi PAOs và tić h lũy bên
trong tế bào cho viê ̣c sinh ra năng lươ ̣ng trong pha ky ̣ khí.
Tế bào mới. Sử du ̣ng cơ chấ t và tăng mâ ̣t số của PAO.
Loa ̣i bỏ photpho.
Loa ̣i bỏ photpho bằ ng cách thải bỏ bùn. Phố tpho thì bi ̣ hấ p thu lớn trong bùn
bên trong tế bào của PAOs và bi ̣ loa ̣i bỏ thông qua thải bỏ bùn thừa của hê ̣ thố ng,
bùn thừa thải bỏ bao gồ m nhiề u vi sinh vâ ̣t trong bùn hoa ̣t tính trong đó có phầ n
PAOs. (Marcos von Sperling, 2005).


17

2.1.6 Các quá trình xử lý chất hữu cơ kết hợp loại bỏ chất dinh dưỡng:
2.1.6.1

Quá trình Phoredox (A/O)
Bể lắng 2

Đầu vào

Kị khí

Đầu ra

Hiếu khí

Bùn tuần hoàn
Bùn thải

Hin
̀ h 2.2 Quá trin
̀ h A/O
Đặc trưng cơ bản của quá trình này là khử photpho bằng phương pháp sinh
học gồm có vùng kị khí theo sau là vùng hiếu khí. Nước sau khi qua ngăn hiế u khí
vào ngăn lắ ng đươ ̣c tách bùn và tuầ n hoàn về ngăn ky ̣ khí ở phía trước. Đầ u tiên là
cho tiếp xúc kị khí giữa bùn họat tính và nước thải đầu vào trước khi phân hủy hiếu
khí để thực hiện việc khử photpho. Trong những q trình này khơng có nitrat hóa,
và thời gian lưu của q trình kị khí là 30 phút đến 1 giờ. SRT của vùng hiếu khí là
2 đến 4 ngày. (Metcaft, 2003).
2.1.6.2

Quá trình ky ̣ khí, thiế u khí, hiế u khí kế t hợp (A2O)
Tuần hòan

Bể lắng 2
Đầu vào
Kị khí

Đầu ra
Thiếu khí

Hiếu khí

Bùn tuần hoàn

Bùn thải
(chứa P)

Hin
̀ h 2.3 Quá trin
̀ h A2O