157

TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, tập 73, số 4, năm 2012 PHÁT TRIỂN BỂ LỌC SINH HỌC HIẾU KHÍ CÓ LỚP ĐỆM NGẬP NƯỚC
VỚI SỢI LEN LÀM VẬT LIỆU BÁM ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC RỈ RÁC
Phạm Khắc Liệu, Hoàng Thị Mỹ Hằng, Trịnh Thị Giao Chi
Trường Đại học Khoa học, Đại học Huế

Tóm tắt. Bể lọc sinh học hiếu khí với lớp đệm ngập nước (SAFB) sử dụng vật liệu
bám dạng sợi có khả năng ứng dụng tốt cho xử lý loại COD, nitơ trong nước thải
nhờ vào khả năng bám giữ sinh khối cao. Trong nghiên cứu này, bể SAFB với vật
liệu sợi len thương phẩm đã được nghiên cứu phát triển và ứng dụng vào xử lý
nước rỉ rác. Giai đoạn khởi động bể SAFB sợi len diễn ra khá nhanh, với kết quả
bùn bám dính và sinh trưởng tốt chỉ trong vòng 20 ngày và hiệu suất loại COD đạt
ổn định gần 97% ở tải trọng 0,3 kg COD/m
3
/ngày. Khi khảo sát hiệu quả xử lý của
bể ở các tải trọng hữu cơ tăng dần với đầu vào là môi trường tổng hợp, hệ thống đạt
khả năng xử lý COD khoảng 82% ở tải trọng 1,8 kg COD/m
3
/ngày. Khi sử dụng bể
SAFB xử lý nước rỉ rác từ bãi chôn lấp Thủy Phương, thu được hiệu suất loại COD
khoảng 65% ở cùng tải trọng. Tuy nhiên, với kỹ thuật châm hỗ trợ H
2
O
2
ở nồng độ

nhằm chuyển hóa các chất hữu cơ khó phân hủy sinh học thành dễ phân hủy sinh học.
Một trong các kỹ thuật oxy hóa đã được sử dụng là quá trình oxy hóa nâng cao với tác
nhân Fenton (H
2
O
2
/Fe(II)) trong một giai đoạn tách biệt và đứng trước xử lý sinh học
[3]. Có thể nhận thấy nước rỉ rác thường chứa Fe(II) với nồng độ khá lớn, có thể lợi
dụng để thực hiện phản ứng Fenton khi chỉ thêm H
2
O
2
. Ngoài ra, H
2
O
2
còn dư dễ bị
phân hủy và khi phân hủy sẽ tạo thành O
2
, có thể sử dụng cho vi sinh vật hiếu khí. Do
đó, có thể nghĩ đến việc kết hợp bổ sung H
2
O
2
vào quá trình oxy hóa sinh học hiếu khí
để hỗ trợ, tăng cường cho xử lý sinh học theo kiểu không tiến hành giai đoạn oxy hóa
trong thiết bị phản ứng riêng.
Trong một số nghiên cứu trước đây, bể lọc sinh học hiếu khí với lớp đệm ngập
nước (SAFB) đã được phát triển và áp dụng vào xử lý loại chất hữu cơ trong nước thải
lò mổ gia súc [4], [5], nước thải nuôi trồng thủy sản [6], hay xử lý nitơ trong nước NRR

ngày 09/05/2011. Mẫu được bảo quản lạnh ở 0 -
4
0
C để chuẩn bị đầu vào cho các lần thí nghiệm.
Bể
SAFB
Bơm khí

Bơm nhu động

Bình chứa
dung dịch
H
2
O
2

Ống đưa H
2
O
2
trộn
v
ớ
i NRR vào

NRR đầu vào

Hình 1. Ảnh hệ thống thí nghiệm.


Khởi động 1 - 30 295 - 338 0,32
32 - 40 493 - 520 0,51
42 - 50 747 - 762 0,75
52 - 60 970 - 015 0,99
71 - 80 1225 - 1260 1,25
82 - 92 1488 - 1527 1,51
Thay đổi tải
trọng
94 - 107 1775 - 1810 1,79
Ở giai đoạn áp dụng xử lý NRR, thời gian lưu thủy lực được giảm xuống 10 giờ
nhằm tăng lưu lượng bơm NRR đủ lớn để có thể chỉnh được lưu lượng dung dịch H
2
O
2

bổ sung. Trong 10 ngày đầu, bể được nạp NRR pha loãng đến COD khoảng 693 - 830
mg/L (ứng với tải trọng COD trung bình 1,8 kg/m
3
/ngày). Sau đó, bắt đầu mở van truyền
H
2
O
2
và lần lượt khảo sát hiệu quả xử lý NRR ở các tải trọng hữu cơ tăng dần bằng cách
giảm mức pha loãng NRR. Bảng 2 trình bày các điều kiện vận hành của hệ thống ở các
pha của giai đoạn này.
Bảng 2. Điều kiện vận hành của hệ thống trong giai đoạn xử lý NRR
Điều kiện Pha 1 Pha 2 Pha 3 Pha 4 Pha 5
HRT (giờ) 10 10 10 10 10
Nồng độ H

O
2
được xác
định bằng phương pháp Na
2
S
2
O
3 -
chuẩn độ iôt rồi hiệu chỉnh vào kết quả phân tích
COD [10].
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Khởi động hệ thống SAFB
Kết quả vận hành của hệ thống SAFB với vật liệu sợi len trong pha khởi động
được trình bày ở hình 2. Hiệu suất loại COD tăng nhanh từ khoảng 86% ban đầu đến
khoảng 97% sau 10 ngày vận hành. So sánh các ảnh chụp bể phản ứng ban đầu và 20
ngày sau khởi động ở hình 3 cho thấy khả năng bám giữ sinh khối của sợi len là rất tốt.
Theo thành phần trên nhãn, sợi len Jinpai có thành phần gồm 70% sợi len tự nhiên và
30% sợi nhân tạo. Với bản chất polypeptid, sợi len có các nhóm chức phân cực tạo khả
năng bám dính các vi sinh vật tốt. Với ưu điểm của sợi len, cùng với nguồn bùn hoạt
tính đã khá ổn định, thời gian đạt đến hiệu quả xử lý cao và ổn định khá ngắn, chỉ mất
khoảng 20 ngày.
85
90
95
100
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30
Thời gian thí nghiệm (ngày)
Hiệu quả loại COD (%)


75
80
85
90
95
100
30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110
Thời gian thí nghiệm (ngày)
Hiệu suất loại COD (%)
0,5 kg/m
3
/ngày
0,75 kg/m
3
/ngày
1,0 kg/m
3
/ngày
1,25 kg/m
3
/ngày
1,5 kg/m
3
/ngày
1,8 kg/m
3
/ngày

Hình 4. Khả năng xử lý COD của bề SAFB ở các tải trọng hữu cơ khác nhau.
So với bể SAFB sử dụng vật liệu sợi acrylic chuyên dụng [4], hiệu quả loại

) lên khoảng 10%. Nhìn chung, hiệu
quả xử lý trong các pha 2 đến pha 4 (tức tải trọng từ 1,7 đến 4,2 kg COD/m
3
/ngày) vẫn
duy trì ở mức xấp xỉ 80%. NRR đầu ra ở pha 3 có COD trung bình 250 mg/L, đạt loại
B2 và ở pha 4 là 340 mg/L, đạt loại B1 theo QCVN 25:2009/BTNMT.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
174 178 182 186 190 194 198 202 206 210 214 218 222
Thời gian thí nghiệm (ngày)
Nồng độ COD (mg/L)
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
Hiệu suất loại COD(%)

COD/m
3
/ngày. Mặc dù ở các ngày tiếp theo của pha 5, tốc độ sục khí có tăng lên (từ 1,0
đến 1,5 L/phút) để khắc phục hiện tượng sinh khối phát triển cản trở thông khí nhưng
hiệu suất xử lý vẫn giảm mạnh về dưới 50%. Như vậy, có thể nhận định bể phản ứng
SAFB với sự hỗ trợ của H
2
O
2
, có khả năng xử lý khá hiệu quả COD trong nước rỉ rác đến
tải trọng cỡ 4 kg COD/m
3
/ngày (với COD khoảng 1600 – 1800 mg/L). Hơn nữa, với sự
tiếp xúc ngắn của NRR với H
2
O
2
trước khi vào bể xử lý, khả năng giảm màu của NRR
được cải thiện nhờ đóng góp của phản ứng oxy hóa Fenton.
4. Kết luận
Mặc dù hiệu quả xử lý thấp hơn một ít so với bể SAFB dùng vật liệu sợi
acrylic (sản phẩm đắt tiền chuyên dụng cho xử lý nước thải), bể SAFB với vật liệu
sợi len có thể là một thay thế khả thi do sợi len rẻ tiền và dễ kiếm hơn. Ở tải trọng
đến 1,8 kg COD/m
3
/ngày, bể SAFB có thể cho hiệu quả xử lý đến 82% COD. Sử dụng
bể SAFB sợi len với sự hỗ trợ của H
2
O
2

Osaka University and Hanoi National University, Osaka, Japan, (2008), 295-302.
5. Ngô Thị Phương Nam, Phạm Khắc Liệu, Trịnh Thị Giao Chi, Nghiên cứu xử lý nước
thải giết mổ gia súc bằng quá trình sinh học hiếu khí thể bám trên vật liệu polymer
tổng hợp, Tạp chí Khoa học Đại học Huế, số14(48), (2008), 125-134.
6. Pham Khac Lieu and Duong Thanh Chung, Lab-scale application of combined partial 164

nitritation - anammox process for nitrogen removal from landfill leachate, Tạp chí
Khoa học và Công nghệ Đại học Đà Nẵng, số 4(45), (2011), 99-106.
7. Trương Quý Tùng, Lê Văn Tuấn, Nguyễn Thị Khánh Tuyền, Phạm Khắc Liệu, Xử lý
nước rỉ rác bằng tác nhân UV-Fenton trong điều kiện gián đoạn, Tạp chí Khoa học Đại
học Huế, số 19(53), (2009), 165-174.
8. APHA, AWWA, WBEF, Standard methods for the examination of water and
wastewater, 20
th
Edition. Washington DC, USA, 1999.
9. Talinli I. and Anderson G.K. Interference of hydrogen peroxide on the standard COD
test, War. Res., 1(26), (1992), 107-110.

DEVELOPMENT OF A SUBMERGED AERATED FIXED BED REACTOR
USING WOOL AS BIOMASS CARRIER AND APPLICATION FOR THE
TREATMENT OF LANDFILL LEACHATE
Pham Khac Lieu, Hoang Thi My Hang, Trinh Thi Giao Chi
College of Sciences, Hue University

Abstract. Submerged aerated fixed bed bioreactor (SAFB) using fibrous biomass
carrier possesses high capability of COD and nitrogen removal from wastewater
due to its highly biomass-retaining property. In this study, an SAFB with

biomass carrier.