Nghiên cứu phương pháp tính toán trạm xử lý nước thải theo công nghệ AAO (Luận văn thạc sĩ file word)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN DUY MẠNH

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN
TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI THEO CƠNG NGHỆ A2/O

LUẬN VĂN THẠC SĨ
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI

NGUYỄN DUY MẠNH

HÀ NỘI, NĂM 2017


TÊN ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN
TRẠM XỬ LÝ NƯỚC THẢI THEO CÔNG NGHỆ A2/O

Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ sở hạ tầng
Mã số: 1582580210007
NGƯỜI HƯỚNG DẪN:

TS ĐẶNG MINH HẢI

HÀ NỘI, NĂM 2017

NGUYỄN DUY MẠNHLUẬN VĂN THẠC SĨHÀ NỘI, NĂM 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tên tác giả: Nguyễn Duy
Mạnh Học viên cao học
23CTN21
Người hướng dẫn: TS. Đặng Minh Hải
Tên đề tài Luận văn: “Nghiên cứu phương pháp tính tốn trạm xử lý nước thải sinh
hoạt theo công nghệ xử lý A2/O”
Tác giả xin cam đoan các số liệu, kết quả trong Luận văn là trung thực và chưa từng
được ai công bố trong bất kỳ cơng trình nào khác.

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2017

Tác giả

Nguyễn Duy Mạnh

iv


LỜI CÁM ƠN
Sau quá trình học tập, nghiên cứu được sự ủng hộ động viên của gia đình, bạn bè,

đồng nghiệp, cùng với sự nỗ lực phấn đấu của bản thân, tác giả đã hoàn thành luận
văn thạc sĩ chuyên ngành Cơ sở kỹ thuật hạ tầng với đề tài: “Nghiên cứu phương
pháp tính tốn trạm xử lý nước thải sinh hoạt theo cơng nghệ xử lý A2/O”
Trong q trình làm luận văn, tác giả đã có cơ hội học hỏi và tích lũy thêm được nhiều
kiến thức và kinh nghiệm q báu phục vụ cho cơng việc của mình.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Trường Đại học Thủy lợi, các thầy giáo, cô giáo Khoa
Kỹ thuật Tài nguyên nước, bộ mơn Cấp thốt nước và các bộ mơn khác đã truyền đạt
những kiến thức chuyên môn trong suốt q trình học tập.
Tác giả xin bày tỏ lịng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới TS. Đặng Minh Hải, người đã
trực tiếp tận tình hướng dẫn, giúp đỡ cho tác giả hồn thành Luận văn này.
Do cịn thiếu về hiểu biết và kinh nghiệm nên nội dung trình bày trong Luận văn chắc
chắn cịn nhiều sai sót. Vì vậy tác giả rất mong nhận được góp của các quý thầy cô,
các đồng nghiệp để những khiếm khuyết sẽ được bổ sung, sai sót sẽ được chỉnh sửa.

Hà Nội, ngày

tháng

năm 2017

Tác giả

Nguyễn Duy Mạnh


MỤC LỤC
PHẦN MỞ ĐẦU........................................................................................................... 1
1.

Tính cấp thiết của đề tài..................................................................................... 1

2.

Mục tiêu nghiên cứu của Đề tài......................................................................... 1

3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu...................................................................... 2

4.

Nội dung nghiên cứu của Đề tài......................................................................... 2

5.

Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu......................................................... 2

6.

Kết quả nghiên cứu đạt được............................................................................. 2

CHƯƠNG 1
1.1

TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI................3

Các công nghệ xử lý nước thải đang sử dung trên thế giới...............................3

1.1.1

Xử lý nước thải bằng công nghệ UASB..................................................... 3

1.1.2

Xử lý nước thải bằng công nghệ A/O........................................................ 5

1.1.3

Xử lý nước thải bằng công nghệ PhoStrip................................................. 6

1.1.4

Xử lý nước thải bằng công nghệ SBR........................................................ 7

1.1.5

Xử lý nước thải bằng công nghệ A2/O...................................................... 8

1.1.6

Xử lý nước thải bằng công nghệ Bardenpho 5 bậc....................................9

1.1.7

Xử lý nước thải bằng công nghệ UCT....................................................... 9

1.1.8

Xử lý nước thải bằng công nghệ VIP....................................................... 10

1.1.9

Phân tích thuận lợi và khó khăn các cơng nghệ nổi bật...........................10

1.2

Các công nghệ xử lý nước thải đang sử dụng tại Việt Nam............................ 13

1.2.1

Xử lý nước thải sinh hoạt đô thị............................................................... 13

1.2.2

Xử lý nước thải bệnh viện, cơ quan, trường học...................................... 16

1.2.3

Xử lý nước thải công nghiệp.................................................................... 16

1.2.4

Xử lý nước thải làng nghề....................................................................... 17

1.2.5

Đánh giá công nghệ và hoạt động vận hành xử lý nước thải....................17


1.2.6

Một số nhận xét....................................................................................... 18

1.3

Đề xuất công nghệ A2/O cho trạm xử lý nước thải sinh hoạt ở Việt Nam......19

1.4

Các phần mềm tính tốn trên thế giới............................................................. 21

CHƯƠNG 2
2.1

CƠ SỞ LÝ THUYẾT A2/O VÀ NGÔN NGỮ C#............................22

Cơ sở lý thuyết công nghệ xử lý A2/O........................................................... 22

2.1.1

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kỵ khí (Anaerobic)............22

2.1.1.1

Q trình thủy phân (Hydrolysis)...................................................... 25

2.1.1.2

Q trình Axit hóa (Acidogenesis).................................................... 26

2.1.1.3

Q trình Acetic hóa (Acetogenesis)................................................. 26

2.1.1.4

Q trình Mêntan hóa (Methanogenesis).......................................... 26

2.1.1.5

Vi sinh vật tham gia vào q trình phân hủy kỵ khí..........................27

2.1.2

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học thiếu khí (Anoxic).............28

2.1.3

Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí (Oxic)..................30

2.2

Cơ sở lý thuyết xây dựng chương trình tính tốn M-BiO 1.0.........................32

2.3

Cơ sở lý thuyết mơ hình bùn hoạt tính ASIM................................................. 34

2.4

Cơ sở lý thuyết phương pháp tính tốn cơng nghệ A2/O................................ 38

CHƯƠNG 3

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN TRẠM XỬ LÝ

NƯỚC THẢI THEO CÔNG NGHỆ A2/O.................................................................. 42
3.1

Xây dựng phần mềm tính tốn M-BiO 1.0..................................................... 42

3.1.1

Giao diện của M-BiO 1.0......................................................................... 42

3.1.2

Ngun lý xây dựng M-BiO 1.0.............................................................. 42

3.1.3

Cách sử dụng M-BiO1.0..........................................................................44

3.2

Áp dụng M-BiO1.0 tính tốn trạm xử lý nước thải sinh hoạt Canon 04.........44

3.2.1

Thông tin chung về trạm xử lý.................................................................44

3.2.2

Phương án công nghệ xử lý..................................................................... 45

3.2.2.1

Tham số và tiêu chuẩn thiết kế.......................................................... 45

3.2.2.2

Miêu tả công nghệ............................................................................. 45


3.2.3
3.3

Tính tốn và kích thước các đơn vị xử lý bằng phần mềm M-BiO1.0.....47

Ứng dụng ASIM kiểm tra diễn biến chất lượng nước Canon 04....................53

3.3.1

Giao diện của ASIM (Activated Sludge Simulation Program)................54

3.3.2

Nhập dữ liệu cho ASIM........................................................................... 54

3.3.3

Kết quả chạy chương trình ASIM............................................................ 58

3.4

Phân tích số liệu quan trắc thực tế trạm xử lý Canon 04................................. 65

3.4.1

Đơn vị thực hiện việc đo đạc, lấy mẫu phân tích..................................... 65

3.4.2

Thời gian lấy mẫu.................................................................................... 65

3.4.3

Phân tích số liệu quan trắc thực tế của Canon 04..................................... 65

3.5

So sánh số liệu quan trắc thực tế và kết quả chạy mơ hình ASIM..................72

3.5.1

Thảo luận kết quả mơ phỏng.................................................................... 75

3.5.2

Sự ảnh hưởng của nhiệt độ.......................................................................76

3.5.3

Sự ảnh hưởng của Oxi đến kết quả xử lý trong bể...................................79

PHẦN KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.......................................................................... 81
1.

Kết luận............................................................................................................ 81

2.

Kiến nghị......................................................................................................... 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 84
PHỤ LỤC.................................................................................................................... 86


DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
Hình 1.1. Sơ đồ ngun lý hoạt động bể UASB............................................................ 4
Hình 1.2. Sơ đồ các dạng bể UASB............................................................................... 5
Hình 1.3. Quy trình xử lý theo cơng nghệ A/O.............................................................. 5
Hình 1.4. Quy trình xử lý theo cơng nghệ PhoStrip....................................................... 7
Hình 1.5. Quy trình xử lý theo cơng nghệ SBR............................................................. 7
Hình 1.6. Mơ phỏng hoạt động của bể SBR để xử lý các bon, Nitơ và phốt pho...........8
Hình 1.7. Quy trình xử lý theo cơng nghệ A2/O............................................................ 9
Hình 1.8. Quy trình xử lý theo cơng nghệ Bardenpho 5 bậc.......................................... 9
Hình 1.9. Quy trình xử lý theo cơng nghệ UCT........................................................... 10
Hình 1.10. Quy trình xử lý theo cơng nghệ VIP.......................................................... 10
Hình 2.1. Sơ đồ mơ tả mối liên hệ 4 giai đoạn lên men kỵ khí....................................24

Hình 2.2. Sơ đồ 4 giai đoạn lên men kỵ khí và tỷ lệ phân hủy các chất hữu cơ...........25
Hình 2.3. Phương pháp tính tốn của ASIM................................................................ 36
Hình 2.4. Cấu hình hệ xử lý bùn hoạt tính dùng để mơ hình........................................37
Hình 3.1. Giao diện phần mềm M-BiO 1.0.................................................................. 42
Hình 3.2. Sơ đồ khối....................................................................................................43
Hình 3.3. Cách sử dụng phần mềm M-BiO1.0.............................................................44
Hình 3.4. Nhập dữ liệu thơng số thiết kế trong M-BiO1.0........................................... 48
Hình 3.5. Tính tốn thể tích bể Kỵ khí (Anaerobic)..................................................... 49
Hình 3.6. Tính tốn thể tích bể Thiếu khí (Anoxic)..................................................... 49
Hình 3.7. Tính tốn thể tích bể Hiếu khí (Oxic)........................................................... 50
Hình 3.8. Tính tốn kích thước bể Lắng (Sedimention)............................................... 51
Hình 3.9. Tỉ lệ tuần hồn Nitrat................................................................................... 52
Hình 3.10. Tính tốn tổng cộng lượng Oxy cần chuyển hóa thành oxy hịa tan...........53
Hình 3.11. Giao diện ASIM......................................................................................... 54
Hình 3.12. Sơ đồ cơng nghệ A2/O của CVN04 trong ASIM....................................... 55
Hình 3.13. Nhập thơng số lưu lượng, tỉ lệ tuần hồn, tuổi của bùn, nhiệt độ...............56
Hình 3.14. Nhập thơng số kích thước và lượng khí Oxy trong ASIM.......................... 57
Hình 3.15. Số liệu đầu vào các nguồn.......................................................................... 57
Hình 3.16. Thông số đầu vào các nguồn...................................................................... 58


Hình 3.17. Phân phối lưu lượng theo các giờ trong ngày.............................................59
Hình 3.18. Sự thay đổi của các chất hịa tan theo giờ.................................................60
Hình 3.19. Sự thay đổi của các chất dạng hạt theo giờ...............................................60
Hình 3.20. Lưu lượng dịng chảy................................................................................. 61
Hình 3.21. Sự thay đổi COD trơ dạng hịa tan............................................................. 62
Hình 3.22. Sự thay đổi COD nền dạng hịa tan............................................................ 62
Hình 3.23. Sự thay đổi N-NH4..................................................................................... 63
Hình 3.24. Sự thay đổi N-NO3..................................................................................... 64
Hình 3.25. Sự thay đổi tổng lượng chất hịa tan TSS................................................... 65

Hình 3.26. Sự thay đổi lượng COD trong bể 1 (kỵ khí) theo nhiệt độ.........................76
Hình 3.27. Sự thay đổi lượng COD trong bể 4 (hiếu khí) theo nhiệt độ......................77
Hình 3.28. Hiệu quả xử lý NH4 trong bể 3 (hiếu khí) thay đổi do yếu tố nhiệt độ......78
Hình 3.29. Hiệu quả xử lý NH4 trong bể 3 (thiếu khí) thay đổi do yếu tố nhiệt độ.....78
Hình 3.30. Hiệu quả xử lý NO3 trong bể 3 (hiếu khí) thay đổi do yếu tố nhiệt độ.......79
Hình 3.31. Sự ảnh hưởng của Oxi vào bể 2 (bể thiếu khí)...........................................79
Hình 3.32. Sự ảnh hưởng của Oxi vào bể 2 (bể thiếu khí)...........................................80


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1.1. Thuận lợi và khó khăn của xử lý Phốt pho bằng phương pháp sinh học......11
Bảng 1.2. Thuận lợi và khó khăn của q trình xử lý kết hợp Nitơ và Phốt pho bằng
phương pháp sinh học.................................................................................................. 12
Bảng 1.3. Tổng hợp tình hình thực tế các cơng trình XLNT đơ thị.............................. 13
Bảng 1.4. Cơng suất vận hành thực tế một số trạm XLNT đô thị................................14
Bảng 3.1. Thông số chất lượng nước........................................................................... 45
Bảng 3.1. Bảng thông số tiêu chuẩn cho các giá trị đầu vào........................................ 57


DANH MỤC BIỂU ĐỒ
Biều đồ 3.1. Phân tích số liệu quan trắc thơng số pH................................................... 66
Biều đồ 3.2. Phân tích số liệu quan trắc thông số BOD5............................................. 67
Biều đồ 3.3. Phân tích số liệu quan trắc thơng số COD............................................... 68
Biều đồ 3.4. Phân tích số liệu quan trắc thơng số T-SS................................................ 69
Biều đồ 3.5. Phân tích số liệu quan trắc thơng số T-N................................................. 70
Biều đồ 3.6. Phân tích số liệu quan trắc thông số T-P.................................................. 71
Biều đồ 3. 7. So sánh COD đầu ra giữa số liệu thực tế tại và kết quả ASIM từ 28/0127/06/2015.

....................................................................................................................73

Biều đồ 3. 8. So sánh COD đầu ra giữa số liệu thực tế và kết quả của ASIM từ 27/0724/12/2015.

....................................................................................................................73

Biều đồ 3.9. So sánh T-N đầu ra giữa số liệu thực tế tại và kết quả ASIM từ 28/0127/06/2015................................................................................................................... 74
Biều đồ 3.10. So sánh T-N đầu ra giữa số liệu thực tế và kết quả của ASIM từ 27/0724/12/2015................................................................................................................... 74


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BOD:

Nhu cầu oxy sinh hóa
Biochemical Oxygen Demand

COD:

Nhu cầu oxy hóa học
Chemical Oxygen Demand

DO:

Hàm lượng oxy hòa tan
Dissolved Oxygen

DS:

Chất rắn hòa tan
Dissolved Solid

TSS:

Tổng chất rắn lơ lửng
Total Supended Solid

TOC:

Tổng hàm lượng Carbon hữu cơ
Total Organic Carbon

MLSS:

Cặn lơ lửng của hỗn hợp bùn
Mixed Liquor Suspended Solids

HRT:

Thời gian lưu nước
Hydraulic Residence Time

SRT:

Thời gian lưu bùn
Solid Retention Time

QCVN:

Quy chuẩn Việt Nam
National Technical Regulation

BTNMT:

Bộ Tài nguyên Môi trường
Ministry of Natural Resources & Environment


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Trên thế giới, ở các nước phát triển và một số nước đang phát triển đã có nhiều dây
chuyền cơng nghệ xử lý nước thải được áp dụng và đã đạt được kết quả về công tác
bảo vệ môi trường. Công nghệ xử lý A2/O viết tắt của các cụm từ Anaerobic (Kỵ khí)
– Anoxic (Thiếu khí) – Oxic (Hiếu khí) là một trong những cơng nghệ có tính hiệu quả
cao trong việc xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải thực phẩm,
nước thải thủy sản, nước thải sản xuất bánh kẹo – thực phẩm. Công nghệ xử lý nước
thải A2/O được phát triển vào cuối những năm 90 của thế kỷ XX bởi các nhà khoa học
Nhật Bản. Cơng nghệ này là quy trình xử lý sinh học liên tiếp ứng dụng nhiều hệ vi
sinh vật khác nhau: Hệ vi sinh vật Yếm khí, Thiếu khí, Hiếu khí để xử lý chất thải.
Dưới tác dụng phân giải các chất ô nhiễm của hệ vi sinh vật mà chất ô nhiễm được xử
lý trước khi thải ra môi trường.
Cho đến nay đã có một số lượng lớn các nhà máy xử lý nước bằng phương pháp sinh
học dùng bùn hoạt tính được xây dựng và đưa vào vận hành ở các khu công nghiệp và
ở các đô thị của Việt Nam. Nhu cầu về việc nghiên cứu và biên soạn phương pháp tính
tốn cơng nghệ xử lý nước thải cho trạm xử lý nước thải sinh hoạt theo các công nghệ
tiên tiến trên thế giới, phù hợp với điều kiện Việt Nam là cần thiết.
Chính vì vậy, nghiên cứu phương pháp tính tốn trạm xử lý nước thải sinh hoạt theo
công nghệ xử lý A2/O là yêu cầu thiết thực để việc ứng dụng A2/O tại Việt Nam ngày
càng được hồn thiện về kỹ thuật và quy trình công nghệ.
2. Mục tiêu nghiên cứu của Đề tài
1)

Nghiên cứu phương pháp tính tốn cơng nghệ xử lý A2/O và ứng dụng trong

Trạm xử lý nước thải sinh hoạt công suất vừa và nhỏ.

2) Nghiên cứu ngơn ngữ lập trình C# để viết phần mềm M-BiO1.0 và ứng dụng
tính tốn thiết kế trạm xử lý nước thải theo công nghệ A2/O.

14


3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Đối tượng của đề tài
Nước thải sinh hoạt từ các các nhà máy sản xuất, từ các khu công nghiệp, nước thải
bệnh viện, nước thải thủy sản, nước thải sản xuất bánh kẹo – thực phẩm.
• Phạm vi của nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết dựa trên các nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm đã công bố
trên thế giới.
4. Nội dung nghiên cứu của Đề tài
1) Nghiên cứu và kế thừa phương pháp tính tốn cơng nghệ A2/O;
2) Nghiên cứu ngơn ngữ lập trình C#, từ đó viết phần mềm tính tốn M-BiO cho
cơng nghệ xử lý A2/O;
3) Ứng dụng tính tốn cho một trạm xử lý cụ thể, kết quả tính tốn của M-BiO1.0
sẽ là thơng số đầu vào cho phần mềm ASIM (Activated Sludge Simulation
Program), từ đó dùng phần mềm ASIM mô phỏng diễn biến các thông số chất
lượng nước tại trạm xử lý cụ thể;
4) So sánh kết quả quan trắc thực tế tại trạm xử lý cụ thể và so sánh với kết quả
chạy chương trình phần mềm ASIM, từ đó tìm ra bộ thơng số chạy tối ưu cho
trạm xử lý và kiểm nghiệm lại tính chính xác của phần mềm tính tốn M-BiO.
5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
• Phương pháp tổng hợp lý thuyết
• Phương pháp kế thừa
• Phương pháp phân tích so sánh

6. Kết quả nghiên cứu đạt được
Kết quả nghiên cứu đạt được là xây dựng được phần mềm tính tốn (M-BiO1.0) cho
cơng nghệ xử lý A2/O và ứng dụng tính tốn thiết kế cơng nghệ A2/O cho trạm xử lý
nước thải sinh hoạt cụ thể.


CHƯƠNG 1
1.1

TỔNG QUAN CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI

Các công nghệ xử lý nước thải đang sử dung trên thế giới

1.1.1 Xử lý nước thải bằng công nghệ UASB
Vào những năm 1970, GS.TS Gatze Lettinga (người Hà Lan) cùng các cộng sự của
ông thuộc Bộ môn công nghệ môi trường – Trường Đại học Nông nghiệp Wageningen
phát minh công nghệ xử lý nước thải có hàm lượng hữu cơ cao bằng q trình bùn
hoạt tính kỵ khí lơ lửng dòng chảy từ dưới lên – Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge
Blanket).
Một tính chất quan trọng hàng đầu của UASB là khả năng duy trì một lượng vi sinh
khối kỵ khí lớn trong hệ thống, và vì vậy cho phép bể UASB hoạt động với tải trọng
cao. Bể UASB cũng được phát triển tiếp với một số biến thể, chẳng hạn EGSB
(Expanaded Granular Sludge Bed, Van lier-1994) hay USBF (Upflow Sludge Bed
Filter, Guiot-1984).
Sinh khối trong bể UASB và các biến thể của nó thường được phát triển thành các hạt
hình cầu có đường kính từ 1-3mm, vì thế có tên là bùn hạt (granular sludge). Mặc dù
việc hình thành bùn hạt không phải là yếu tố quyết định đối với sự hoạt động của bể
UASB nhưng nó vẫn là một điều mong muốn để đạt được tải trọng cao.
Hiện nay, bể UASB được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước trên thế giới và cả trong nước
thải có hàm lượng chất hữu cơ cao. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bể UASB và tác

giả được giới thiệu như hình dưới:


Hình 1.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động bể UASB
(Nguồn: Vi sinh vật nước và nước thải, L.M.Triết, L.H.Việt, NXB XD, 2009)
1. Dẫn Nước vào; 2. Tầng bùn; 3. Chụp thu khí sinh học; 4. Khí sinh học;

5. Nước thải sau xử lý; 6. Tấm chắn hướng dòng

Nước thải (1) được dẫn từ dưới lên trên qua lớp bùn kỵ khí lơ lửng (2), các chất hữu cơ
bị phân hủy trong điều kiện kỵ khí. Sản phẩm q trình là khí sinh học (biogas) được
tập trung tại chụp thu khí sinh học (3). Nước thải sau xử lý (5) được dẫn tới các cơng
trình xử lý tiếp theo. Tấm chắn hướng dòng (6) để hướng dòng khi sinh học tập trung
về chụp thu khí mà khơng xâm nhập vào phần nước. Vùng (7) là vùng lắng bùn. Bùn
chết vùng đáy bể được xả ra từ ống (8).
Các dạng bể UASB được ứng dụng trong thực tế:
a. UASB nguyên thủy;
b. UASB có bể lắng và có bùn tuần hồn;
c. UASB có lớp giá thể


Rất nhiều cơng trình xử lý nước thải tập tủng ở các khu công nghiệp, các cơ sở sản
xuất: chế biến thủy sản, các nhà máy chế biến mù cao su, ngành chăn nuôi gia súc, chế
biến tinh bột sắn có áp dụng cơng nghệ UASB và đều do các kỹ sư Việt Nam thiết kế
và lắp đặt. Hiệu quả làm việc đều rất ổn định, một số dạng bể UASB được trình bày
như trong hình dưới.

Hình 1.2. Sơ đồ các dạng bể UASB
a) UASB nguyên thủy; b) UASB có bể lắng và có bùn tuần hồn;
c) UASB có giá thể để VSV dính bám

1. Dẫn Nước vào bể; 2. Lớp bùn kỵ khí (Sludge Blanket); 3. Chụp thu khí sinh học; 4. Khí sinh
học; 5. Nước thải sau xử lý; 6. Tấm chắn hướng dòng; 7. Bể lắng; 8. Bùn tuần hoàn; 9. Lớp giá
thể

1.1.2 Xử lý nước thải bằng cơng nghệ A/O
Quy trình A/O – Anaerobic/ Oxic (Kị khí/ Hiếu khí) thường được sử dụng để xử lý kết
hợp các hợp chất hữu cơ gốc C và Phốt pho. Đây là quá trình xử lý đơn bậc (một bậc
bùn) theo phương pháp sinh trưởng lơ lửng như hình dưới.

Hình 1.3. Quy trình xử lý theo cơng nghệ A/O


Việc tiếp xúc luân phiên của vi sinh vật với các bể phản ứng hiếu khí và kỵ khí sẽ đẩy
mạnh hoạt động của vi sinh vật từ đó tăng thêm hiệu suất xử lý. Phốt pho không những
cần thiết cho quá trình tổng hợp, sửa chữa, vận chuyển năng lượng của tế bào mà cịn
được tích trữ để sử dụng các hoạt động khác của vi sinh vật. Lượng bùn có chứa Phốt
pho dư sẽ được thải bỏ bằng dòng chảy bên (side stream). Việc tiếp xúc luân phiên
giữa các điều kiện kỵ khí và hiếu khí là điều kiện bắt buộc trong quá trình xử lý bằng
phương pháp sinh học, hay cịn gọi là “dịng chảy chính”, hoặc cũng có thể thực hiện
trong dịng bùn dịng tuần hồn, hay “dòng chảy bên”.
Nước thải đi qua 2 giai đoạn kỵ khí và hiếu khí rồi sang bể Lắng. Bùn lắng sẽ được
tuần hồn về đầu bể và hịa trộn với nước thải dịng vào. Dưới điều kiện kỵ khí, Phốt
pho trong nước thải và sinh khối tuần hoàn sẽ được giải phóng dưới dạng phốt phát
hịa tan. Ở giai đoạn này một lượng lớn BOD sẽ được xử lý. Phốt pho sẽ được tiêu tiệu
thụ trở thành sinh khối trong bể hiếu khí. Quy trình xử lý này cũng sẽ hỗ trợ thêm cho
q trình Nitrat hóa bằng cách thiết kế thời gian lưu thích hợp trong bể hiếu khí.
1.1.3 Xử lý nước thải bằng cơng nghệ PhoStrip
Q trình PhoStrip (xử lý Phốt pho theo dòng chảy bên), một phần bùn hoạt tính được
tuần hồn sang bể tách Phốt pho kỵ khí. Thời gian lưu trong bể thường dao động trong
khoảng 8-12 giờ. Lượng Phốt pho giải phóng từ bể tách sẽ theo phần vàng nổi thốt ra

ngồi, phần bùn hoạt tính có chưa Phốt pho nơng độ thấp cịn lại sẽ được dẫn ngược lại
bể hiếu khí. Phần váng nổi có nồng độ Phốt pho cao sẽ được xử lý bằng vôi hoặc keo
tụ khac trong một bể riêng và sau đó được dẫn vào bể lắng sơ cấp. Phốt pho được loại
bỏ dưới dạng keo tụ. Các hệ thống PhoStrip và bùn hoạt tính nếu được thiết kế và vận
hành đúng cách có thể xử lý đạt nồng độ Phốt pho ở đầu ra dưới 1,5 mg/l (trước lọc).


Hình 1.4. Quy trình xử lý theo cơng nghệ PhoStrip
1.1.4 Xử lý nước thải bằng cơng nghệ SBR
Bể SBR có thể xử lý kết hợp các các hợp chất hữu cơ gốc C, Ni tơ và Phốt pho như
hình dưới:

Hình 1.5. Quy trình xử lý theo cơng nghệ SBR
1. Pha làm đầy; 2, 3, 4 Pha phản ứng; 5. Pha lắng; 6. Pha xả nước;

Việc xử lý các thành phần trên có thể kèm theo hoặc khơng kèm theo xử lý hóa học
bằng cách thay đổi phương thức vận hành của bể phản ứng. Theo hình 1.5, lượng Phốt


pho giải phóng và BOD tiêu thụ sẽ xảy ra ở pha khuấy trộn kỵ khí và lượng Phốt pho
sẽ được tiêu thụ ở pha khuấy hiếu khí sau đó.
Bằng cách thay đổi thời gian lưu như hình 1.6 thì q trình nitrat hóa và xử lý nitrat
cũng có thể đạt được thực hiện đạt yêu cầu. Thời gian của tồn bộ chu trình là nằm
trong khoảng 3-24 giờ. Ngồi ra, cần phải có nguồn bổ sung C trong pha thiếu khí
dưới dạng C hơ hấp nội bào của sinh khối hoặc bổ sung từ bên ngồi.

Hình 1.6. Mơ phỏng hoạt động của bể SBR để xử lý các bon, Nitơ và phốt pho
1.1.5 Xử lý nước thải bằng công nghệ A2/O
Quy trình A2/O là phiên bản cải tiến của q trình A/O và có thêm phần thiếu khí cho
q trình khử Nitrat. Thời gian lưu trong khu vực thiếu khí trường dao động khoảng 1

giờ. Khu vực thiếu khí thường chưa ít hàm lượng ơxy hịa tan. Ơxy tồn tại chủ yếu
dạng liên kết hóa học trong nitrat và nitrit. Nông độ Phốt pho đầu ra sau xử lý và chưa
qua lọc có thể đạt 2 mg/l; nếu qua lọc thì có thể đạt 1,5 mg/l.


Hình 1.7. Quy trình xử lý theo cơng nghệ A2/O
1.1.6 Xử lý nước thải bằng công nghệ Bardenpho 5 bậc
Quá trình Bardenpho 5 bậc bao gồm các bậc kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí để xử lý
carbon, nitơ và Phốt pho. Bậc phản ứng thiếu khí thứ hai thường là quá trình khử nitrat
bổ sung với chất nhận điện tử là nitrat từ q trính hiếu khí trước đó và chất cho điện
tử là các bon hữu cơ. Bậc phản ứng hiếu khí cuối cùng thường được dùng để đuổi
lượng khí nitơ cịn dư và hạn chế sự phóng thích Phốt pho trong bể lắng ở cuối q
trình. Bùn từ bể hiếu khí đầu tiên sẽ được tuần hồn về thiếu khí đầu tiên. Q trình sử
dụng thời gian lưu bùn dài hơn so với quá trình A2/O với mục đích tăng cường khả
năng oxi hóa các hợp chất hữu cơ gốc C.

Hình 1.8. Quy trình xử lý theo công nghệ Bardenpho 5 bậc
1.1.7 Xử lý nước thải bằng cơng nghệ UCT
Q trình UCT được phát triển bởi trường đại học Cape Town – Nam Phi cũng tương
tự quá trình A2/O nhưng có hai sự khác biệt là bùn hoạt tính được tuần hồn về bậc
hiếu khí thay vì bậc hiếu khí như q trình A2/O và q trình nội tuần hoàn từ bậc


thiếu khí về bậc kỵ khí. Việc tuần hồn bùn về bậc thiếu khí sẽ hạn chế bớt sự xuất
hiện của nitrat từ đó nâng cao giải phóng Phốt pho trong bậc kỵ khí.
Bên cạnh đó, q trình nội tuần hoàn sẽ giúp nâng cao hiệu suất sử dụng cơ chất trong
bậc kỵ khí. Bùn từ bậc thiếu khí có chưa nhiều BOD nhưng ít nitrat. Việc tuần hồn
bùn tử bậc thiếu khí tạo điều kiện tối ưu cho quá trình lên men ở bậc kỵ khí.

Hình 1.9. Quy trình xử lý theo công nghệ UCT

1.1.8 Xử lý nước thải bằng cơng nghệ VIP
Q trình VIP (Virginia Initiative Plant thuộc vùng Norfolk, bang Virginia-USA) cũng
mang nhiều nét tương đồng với A2/O và UCT. Tuy nhiên, sự khác biệt cơ bản ở cách
tuần hồn bùn. Bùn hoạt tính được tuần hồn sẽ được tuần hoàn về bậc thiếu khi với
bùn đã qua Nitrat hóa từ bể hiếu khí. Theo thực tế quan sát được, các thành phần hữu
cơ trong đầu vào sẽ được ổn định trong bậc kỵ khí từ đó giảm nhu cầu oxy tiêu thụ.

Hình 1.10. Quy trình xử lý theo cơng nghệ VIP
1.1.9 Phân tích thuận lợi và khó khăn các cơng nghệ nổi bật
So sánh các q trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học được trình bày dưới:


Bảng 1.1. Thuận lợi và khó khăn của xử lý Phốt pho bằng phương pháp sinh học
Q trình
A/O

Thuận lợi

Khó khăn

Q trình hoạt động đơn giản hơn Khơng thể xử lý Nitơ và Phốt pho đạt
các quá trình khác.

hiệu suất cùng nhau.

Bùn chứa nồng độ Phốt pho cao Hoạt động không ổn định trong điều
(3-5%) và có thể dùng làm phân kiện khí hậu lạnh.
bón.

Cần tỷ số BOD/P cao

Thời gian lưu nước tương đối ngắn Cần các thiết bị cung cấp oxy tốc độ
Q trình Nitrat hóa có thể xảy ra cao.
hồn tồn.
Phostrip

Có thể kết hợp dễ dàng với q Cần sử dụng vơi để hỗ trợ cho q
trình bùn hoạt tính có sẵn.

trình keo tụ.

Q trình linh hoạt, xử lý Phốt pho Cần nồng độ DO cao để tránh giải
không cần phụ thuộc tỷ số BOD/P. phóng Phốt pho trong bể lắng.
Ít sử dụng hóa chất hơn q trình Cần bể tách khí.
keo tụ hóa học.

Đóng cặn vơi gây khó khăn cho việc

Nồng độ đầu ra của Phốt pho có bảo trì.
thể nhỏ hơn 1,5 mg/l
SBR

Quá trình xử lý linh hoạt, có thể Chỉ thích hợp với dịng chảy nhỏ
kết hợp xử lý cả Nitơ và Phốt pho. Cần các đơn vị xử lý rời.
Dễ vận hành

Chất lượng dòng ra phụ thuộc vào

Chất rắn dính bmas có thể tẩy rửa thiết bị lắng gạn.
dễ dàng.

Bảng 1.2. Thuận lợi và khó khăn của q trình xử lý kết hợp Nitơ và Phốt pho bằng
phương pháp sinh học
Q trình
A2/O

Thuận lợi

Khó khăn

Có thể xử lý Nitơ và Phốt pho đạt
hiệu suất cùng nhau.
Bùn chứa nồng độ Phốt pho cao
(3-5%) và có thể dùng làm phân
bón.
Q trình khử Nitrat tốt hơn A/O.

Hoạt động không ổn định trong điều
kiện khí hậu lạnh.
Cần các thiết bị cung cấp oxy tốc độ
cao.
Hệ thống phức tạp hơn A/O

Bardenpho Tạo ra ít bùn nhất trong tất cả các
hệ thống.
Bùn chứa nồng độ Phốt pho cao
(3-5%) và có thể dùng làm phân
bón.
Hàm lượng Nitơ tổng đạt nồng độ

thấp so với các phương pháp khác.
Kiềm được tuần hồn lại hệ thống
nên khơng cần sử dụng thêm hóa
chất.
Có dữ liệu thiết kế hệ thống đa
dạng.

Q trình tuần hoàn nội bộ lớn dẫn
đến năng lượng bơm và địi hỏi bảo
trì cao.
Định lượng hóa chất khơng ổn định.
Thể tích bể lớn hơn quá trính A2/O.
Lắng sơ cấp làm giảm khả năng xử
lý Nitơ và Phốt pho.
Đòi hỏi tỉ số BOD/P cao
Chưa đánh giá được ảnh hưởng của
nhiệt độ lên q trình.

UCT

Tuần hồn về vùng thiếu khí hạn
chế sự tuần hoàn của Nitrat và tạo
điều kiện xử lý Phốt pho tốt hơn
trong vùng kỵ khí.
Thể tích bể phản ứng nhỏ hơn q
trình Bardenpho.

Q trình tuần hồn nội bộ lớn dẫn
đến năng lượng bơm và địi hỏi bảo
trì cao.

Định lượng hóa chất khơng ổn định.
Địi hỏi tỉ số BOD/P cao
Chưa đánh giá được ảnh hưởng của
nhiệt độ lên quá trình.

VIP

Tuần hồn về vùng thiếu khí giảm
lượng Oxy và kiềm tiêu thụ.
Tuần hồn đầu ra của vùng thiếu
khí về vùng kỵ khí giảm tải lượng
nitrate cho vùng hiếu khí.
Thích ứng với điều kiện khí hậu
thay đổi quanh năm.

Q trình tuần hồn nội bộ lớn dẫn
đến năng lượng bơm và đòi hỏi bảo
trì cao.
Nhiệt độ thấp làm giảm hiệu suất xử
lý Nitơ.