ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

-------------- o0o --------------

PHẠM LÊ HOÀNG DUY
MSHV : 09250500

KHÓA : 2009

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐỀ TÀI:

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ
NƯỚC THẢI SINH HOẠT BẰNG PHƯƠNG PHÁP
GIÁ THỂ SINH HỌC DI ĐỘNG (MBBR)

TP.HCM - 03/2012


i

Luận văn Thạc Sĩ

Phạm Lê Hoàng Duy

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH

TP. HCM, ngày 14 tháng 02 năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên Học viên: PHẠM LÊ HOÀNG DUY

MSHV: 09250500

Ngày, tháng, năm sinh: 02/11/1986

Nơi sinh: TPHCM.

Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường
I. TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC
THẢI SINH HOẠT BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIÁ THỂ SINH HỌC DI ĐỘNG
(MBBR)
II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
-

-

Xác định tải trọng COD vận hành thích hợp của mô hình ứng với các tải
trọng thí nghiệm tăng dần 1 kg COD/m3.ngày ; 1.5 kg COD/m3.ngày và 2 kg
COD/m 3.ngày tương ứng với thời gian lưu 10h, 7h và 4h.
So sánh hiệu suất xử lý với mô hình không có giá thể.

III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến tất cả các thầy giáo, cô giáo Khoa
Môi Trường - Trường Đại Học Bách khoa Tp.HCM. Trong suốt thời gian học tập
và nghiên cứu tại trường, các thầy cô đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những tri
thức quý báu giúp tác giả hoàn thành chương trình đào tạo và Luận văn thạc sĩ.
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến TS. Nguyễn Tấn Phong,
trường Đại Học Bách khoa Tp.HCM đã tận tình hướng dẫn trong suốt quá trình
nghiên cứu khoa học.
Xin chân thành cảm ơn tập thể các anh chị nhân viên Phòng thí nghiệm,
Khoa môi trường, trường Đại Học Bách khoa Tp.HCM đã nhiệt tình giúp đỡ, hỗ trợ
trong nghiên cứu và phân tích thử nghiệm.
Cảm ơn GS. Kenji Furukawa, Graduate School of Science and Technology,
Kumamoto University, Japan đã hỗ trợ công nghệ và chuyên môn sâu về kỹ thuật
giá thể sinh học di động.
Đồng thời, cảm ơn tổ chức JICA, Nhật Bản, đã hỗ trợ kinh phí cho nghiên
cứu này.
Và cuối cùng, xin được biết ơn cha mẹ, anh em trong gia đình, biết ơn tất cả
các anh chị, các bạn lớp cao học Công nghệ Môi Trường K2008, K2009 các bạn
lớp đại học K.2006, K.2007 trường Đại Học Bách khoa Tp.HCM đã động viên, giúp
đỡ, đồng hành trong suốt hai năm học vừa qua và trong quá trình thực hiện luận
văn.
Trân trọng cảm ơn !
Tp. HCM, ngày 31 tháng 12 năm 2011

Phạm Lê Hoàng Duy

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp
giá thể sinh học di động (MBBR)


hữu cơ màcòn diễn ra tốt quá trình nitrat hóa và khử nitrat. Chính vì những ưu điểm
mà công nghệ này có thể được thay thế cho công nghệ Aerotank truyền thống để xử
lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư và đô thị có diện tích đất xây dựng bị hạn chế
ở Việt Nam trong tương lai.

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp
giá thể sinh học di động (MBBR)


Luận văn Thạc Sĩ

v

Phạm Lê Hoàng Duy

ABSTRACT
Nowadays, the activated sludge technology is used popular to treat domestic
wastewater in Vietnam. However, this technology is elder and its removal
efficiency is not high. The moving bed biofilm reactor (MBBR) technology has a
high removal efficiency because it act in both suspended and stick sludge
environment. In this study, there are two tank, aerobic and anoxic tank. The
nitrification process (conversion of ammonia to nitrate) occrurs primarily in aerobic
tank (oxygen – rich) while denitrification requires anoxic conditons as well as a
subtance (such an organnic compounds) to act as an electron acceptor. Beside, the
nitrification and denitrification occurs in the biomass carrier because sludge layer
on the biomass carrier will create three environment, inside is unaerobic condition,
next is anoxic condition and outside is aerobic condition. This study include 2
period. The 1st period circulate wastewater from aerobic tank to anoxic tank with
1:1 ratio, average removal efficiency in this stage (Organic loading rate are 1.0, 1.5
and 2.0 kg COD/m 3/day) is quite high (Biological oxygen demand (BOD), 86,5%;

Bảng 3.2. Thông số đặc trưng của giá thể sử dụng trong đề tài .............................. 36
Bảng 3.3. Các thông số kiểm soát .......................................................................... 41
Bảng 3.4. Thành phần nước thải nhân tạo .............................................................. 43
Bảng 3.5. Thông số vận hành thí nghiệm thích nghi .............................................. 44
Bảng 3.6. Thông số vận hành thí nghiệm 1 ............................................................ 44
Bảng 3.7. Thông số vận hành thí nghiệm 2 ............................................................ 45
Bảng 3.8. Thông số vận hành thí nghiệm 3 ............................................................ 45
Bảng 3.9.Thông số vận hành thí nghiệm 4 ............................................................. 46
Bảng 3.10. Thông số vận hành thí nghiệm 5 .......................................................... 47
Bảng 3.11. Thông số vận hành thí nghiệm 6 .......................................................... 47
Bảng 3.12. Thông số vận hành thí nghiệm 7 .......................................................... 48
Bảng 3.13. Chú thích các vị trí lấy mẫu ................................................................. 49
Bảng 3.14. Tần suất lấy mẫu.................................................................................. 50
Bảng 3.15. Các phương pháp phân tích mẫu .......................................................... 51
Bảng 4.1. So sánh kết quả đầu ra của các chỉ tiêu với QCVN 14:2008/BTNMT .... 76
Bảng 4.2. So sánh chất lượng nước thải với cùng hệ thống khi không có sự hiện
diện giá thể ............................................................................................................ 82
Bảng 5.1. Kết luận của đề tài ................................................................................. 83

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp
giá thể sinh học di động (MBBR)


Luận văn Thạc Sĩ

vii

Phạm Lê Hoàng Duy

DANH MỤC HÌNH



Luận văn Thạc Sĩ

viii

Phạm Lê Hoàng Duy

Hình 4.7. Chỉ số MLSS, MLVSS và tỉ số MLVSS/MLSS tại bể hiếu khí .................. 59
Hình 4.8. Chỉ số MLSS, MLVSS và tỉ số MLVSS/MLSS tại bể lắng ........................ 60
Hình 4.9. Chỉ số MLSS, MLVSS của giá thể ............................................................. 61
Hình 4.10. Hiệu quả xử lý TSS ở giai đoạn 1(tỷ lệ 1:1:1) .......................................... 62
Hình 4.11. Hiệu quả xử lý TSS ở giai đoạn 2(tỷ lệ 1:3:1) .......................................... 62
Hình 4.13. Hiệu quả xử lý COD ở giai đoạn 2(tỷ lệ 1:3:1) ......................................... 64
Hình 4.14. Hiệu quả xử lý BOD5 ở giai đoạn 1 (tỷ lệ 1:1:1) ...................................... 65
Hình 4.16. Hiệu quả xử lý PO43- ở giai đoạn 1 (tỷ lệ 1:1:1) ........................................ 66
Hình 4.17. Hiệu quả xử lý PO43- ở giai đoạn 2 (tỷ lệ 1:3:1) ...................................... 67
Hình 4.18. Hiệu quả TKN ở giai đoạn 1 (tỷ lệ 1:1:1) ................................................. 69
Hình 4.19. Hiệu quả TKN ở giai đoạn 2 (tỷ lệ 1:3:1) ................................................. 69
Hình 4.20. Hiệu quả N-NH4+ ở giai đoạn 1 (tỷ lệ 1:1:1)............................................. 71
Hình 4.21. Hiệu quả N-NH4+ ở giai đoạn 1 (tỷ lệ 1:1:1)............................................. 71
Hình 4.22. Sự chuyển hóa của N-NO2 ở giai đoạn 1 (tỷ lệ 1:1:1) .............................. 73
Hình 4.23. Sự chuyển hóa của N-NO2 ở giai đoạn 1 (tỷ lệ 1:3:1) .............................. 73
Hình 4.24. Sự chuyển hóa của N-NO3 ở giai đoạn 1 (tỷ lệ 1:1:1) ............................... 74
Hình 4.25. Sự chuyển hóa của N-NO3 ở giai đoạn 2 (tỷ lệ 1:3:1) ............................... 74
Hình 4.26. Giá thể di động K3 trước khi cho vào mô hình ......................................... 77
Hình 4.27. Màng biofilm dính bám vào ngày thứ 26 (25/10/2010)............................. 77
Hình 4.28. Màng biofilm dính bám vào ngày thứ 61 (30/11/2010)............................. 77
Hình 4.29. Màng biofilm bám dính vào ngày thứ 75 (14/12/2010)............................. 78
Hình 4.30. Màng biofilm bám dính vào ngày thứ 92 (31/12/2010)............................. 78

Oxy hòa tan (Dissolved Oxygen)

F/M

Tỉ số cơ chất/vi sinh (Food/Microorganism)

HRT

Thời gian lưu nước thuỷ lực (Hydraulic Retention Time)

MBBR

Moving bed biofilm reactor

MLSS

Hàm lượng chất rắn lơ lửng ( Mixed Liquor Suspended Solids)

MLVSS

Hàm lượng chất rắn bay hơi (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids)

OLR

Tải lượng chất hữu cơ (Organic loading rate)

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................... ix
MỤC LỤC ................................................................................................................ x
CHƯƠNG 1 .............................................................................................................. 1
1.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................... 1
1.2. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu....................................................................... 2
1.2.1.Mục tiêu nghiên cứu ...................................................................................... 2
1.2.2.Đối tượng nghiên cứu .................................................................................... 2
1.3. Nội dung nghiên cứu .......................................................................................... 3
1.4. Tính mới của đề tài ............................................................................................. 3
1.5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu .......................................................... 4
CHƯƠNG 2 .............................................................................................................. 5
2.1. Tổng quan về khu vực nghiên cứu ...................................................................... 5
2.2. Giới thiệu chung về nước thải sinh hoạt .............................................................. 5
2.2.1.Sự hình thành nước thải sinh hoạt.................................................................. 6
2.2.2.Phân loại ....................................................................................................... 6
2.2.3.Thành phần nước thải sinh hoạt ..................................................................... 6
2.2.4.Tác hại của nước thải sinh hoạt ..................................................................... 8
2.3. Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt ............................................. 9
2.3.1.Giới thiệu ...................................................................................................... 9
2.3.2.Phương pháp cơ học ...................................................................................... 9
2.3.3.Phương pháp hóa học .................................................................................... 9
2.3.4.Phương pháp hóa lý ..................................................................................... 10
2.3.5.Phương pháp sinh học ................................................................................. 10
2.3.5.1. Xử lý sinh học sinh trưởng lơ lửng ....................................................... 10
2.3.5.2. Xử lý sinh học sinh trưởng dính bám .................................................... 12
2.3.5.3. Xử lý sinh học bằng wetland ................................................................ 14
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp
giá thể sinh học di động (MBBR)



3.2.3.Thông số kỹ thuật của các thiết bị trong mô hình ......................................... 40
3.2.4. Thông số kiểm soát..................................................................................... 41
3.3. Trình tự thực hiện ............................................................................................. 41
3.3.1. Giai đoạn 1 ................................................................................................. 42
3.3.1.1. Thí nghiệm thích nghi ......................................................................... 42

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp
giá thể sinh học di động (MBBR)


Luận văn Thạc Sĩ

xii

Phạm Lê Hoàng Duy

3.3.1.2. Thí nghiệm 1 ........................................................................................ 44
3.3.1.3. Thí nghiệm 2 ........................................................................................ 44
3.3.1.4. Thí nghiệm 3 ........................................................................................ 45
3.3.2. Giai đoạn 2 ................................................................................................. 46
3.3.2.1. Thí nghiệm 4 ........................................................................................ 46
3.3.2.2. Thí nghiệm 5 ........................................................................................ 46
3.3.2.3. Thí nghiệm 6 ........................................................................................ 47
3.3.2.4. Thí nghiệm 7 ........................................................................................ 48
3.4. Quy trình lấy mẫu và phân tích ........................................................................ 49
3.4.1. Lấy mẫu .................................................................................................... 49
3.4.2. Phương pháp phân tích mẫu....................................................................... 50
CHƯƠNG 4 ............................................................................................................ 53
4.1. Kết quả vận hành thí nghiệm thích nghi ............................................................ 53
4.1.1. Chỉ số DO .................................................................................................. 53

CHƯƠNG 5 ............................................................................................................ 83
5.1. Kết luận ............................................................................................................ 83
5.2. Kiến nghị .......................................................................................................... 84
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 85
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG ..................................................................................... 88
PHẦN PHỤ LỤC .................................................................................................... 89

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp
giá thể sinh học di động (MBBR)


Luận văn Thạc Sĩ

1

Phạm Lê Hoàng Duy

CHƯƠNG 1
MỞ ĐẦU
1.1. Đặt vấn đề
Trong những năm của thập kỷ 20, Việt Nam được biết đến như là một quốc gia
đang vươn lên phát triển mạnh mẽ về kinh tế và xã hội. Thực tế cho thấy, ngày càng
có nhiều nhà đầu tư nước ngoài đổ vốn vào Việt Nam để kinh doanh. Tốc độ tăng
trưởng kinh tế cao trong hai thập kỷ qua mang lại kết quả là tỷ lệ nghèo theo thống
kê đã giảm rõ rệt. Tỷ lệ nghèo, theo chuẩn nghèo quốc tế, đã giảm từ 58% xuống
còn 20% trong giai đoạn 1993 - 2004. Tuy nhiên, nhiều hộ gia đình mới chỉ vươn
lên khỏi chuẩn nghèo một chút, và vì vậy vẫn có nguy cơ bị tái nghèo.
Song đi đôi với kết quả tăng trưởng kinh tế là sự gia tăng của tình trạng bất bình
đẳng, đặc biệt là khoảng cách ngày càng rộng hơn về mức thu nhập giữa nông thôn
và thành thị cũng như mức chênh lệch ngày càng lớn xuất phát từ tình trạng ngăn

thông thường là khá cao. Tuy nhiên, vấn đề đặt ra là ngoài nguồn chi phí khá cao để
lắp đặt và xây dựng một hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt thông thường thì vẫn
còn tồn tại hữu hình những lý do khách quan khác đó là diện tích bố trí bị giới hạn
và hiệu quả hạn hẹp về trình độ chuyên môn.
Hiện nay, hầu như toàn bộ lượng nước thải sinh hoạt từ các hộ dân và một phần
từ các khu công nghiệp lưu vực sông Sài Gòn phần lớn không được thu gom và xử
lý theo đúng quy định. Mặc dù vẫn có một số khu vực có hệ thống thu gom riêng
biệt, nhưng nước thải sinh hoạt vẫn không được xử lý mà xả trực tiếp vào các hệ
thống này và nguồn tiếp nhận cuối cùng là sông suối, chủ yếu là sông Đồng Nai, Sài
Gòn. Hệ quả là gây ô nhiễm nghiêm trọng nhiều khu vực sông Đồng Nai và Sài
Gòn. Ngoài ra, chất lượng nước ngầm cũng bị suy giảm đáng kể từ chính các dòng
thải này.
Vì vậy, vấn đề nghiên cứu các phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt là hết sức
cần thiết.
1.2. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu
1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý chất hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải
sinh hoạt bằng sự kết hợp giữa công nghệ sinh học thiếu khí và hiếu khí có sử dụng
giá thể di động K3 ở các tải trọng khác nhau (1 kg COD/m3 ngày.đêm; 1,5 kg
COD/m 3 ngày.đêm và 2 kg COD/m3 ngày.đêm) cùng với quá trình tuần hoàn nước
thải khác nhau, dựa trên những kết quả đạt được, rút ra được ưu điểm, nhược điểm
của quá trình và khả năng áp dụng công nghệ tại Việt Nam.
1.2.2. Đối tượng nghiên cứu
Thu thập thông tin và tổng quan các tài liệu liên quan đến các phương pháp xử
lý nước thải sinh hoạt hiện nay.

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp
giá thể sinh học di động (MBBR)



Nghiên cứu được tiến hành trong khoảng thời gian từ 30/08/2010 – 31/06/2011.
1.4. Tính mới của đề tài
Kết hợp giữa hai quá trình bùn hoạt tính lơ lửng truyền thống và giá thể di động
bám dính trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm, đồng thời để tăng hiệu suất của quá
trình khử nitrat, tác giả có tuần hoàn nước thải từ bể hiếu khí trở về bể thiếu khí.
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp
giá thể sinh học di động (MBBR)


Luận văn Thạc Sĩ

4

Phạm Lê Hoàng Duy

1.5. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu
 Nghiên cứu này thực hiện dựa trên các phương pháp sau:
 Thu thập tài liệu.
 Thu thập, tổng hợp các tài liệu, các nghiên cứu trong nước và nước ngoài về
xử lý nước thải sinh hoạt.
 Phương pháp thực nghiệm
 Căn cứ trên các tài liệu đã thu thập bắt đầu tiến hành thiết kế và lắp đặt mô
hình thí nghiệm (lab scale). Tại phòng thí nghiệm khoa Môi trường – trường ĐH
Bách Khoa, Thành phố Hồ Chí Minh mô hình bắt đầu hoạt động thích nghi ở HRT
18 h với OLR 0.3 kgCOD/m 3.ngày, sau gần 1 tháng mô hình ổn định và giá thể di
động xuất hiện lớp màng mỏng. Tiếp theo ta bắt đầu giai đoạn phát triển màng đến
chiều dày ổn định, sau đó tiến hành thí nghiệm với HRT lần lượt 10h; 7 h và 4 h
tương ứng với các tải trọng 1 kgCOD/m3.ngày, 1.5 kgCOD/m 3.ngày, 2.0
kgCOD/m 3.ngày ở 2 giai đoạn tuần hoàn nước thải khác nhau. Mục đích của quá
trình tuần hoàn nước thải là để nâng cao hiệu suất khử nitrat điều mà công nghệ

Nước thải sinh hoạt là nước được thải bỏ sau khi sử dụng cho các mục đích sinh
hoạt: tắm, giặt giũ, tẩy rửa, vệ sinh cá nhân,…Lượng nước thải sinh hoạt của một
khu dân cư phụ thuộc vào dân số, tiêu chuẩn cấp nước và đặc điểm của hệ thống
thoát nước. Tiêu chuẩn cấp nước sinh hoạt cho một khu dân cư phụ thuộc vào hiệu

Nghiên cứu ứng dụng công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt bằng phương pháp
giá thể sinh học di động (MBBR)


Luận văn Thạc Sĩ

6

Phạm Lê Hoàng Duy

quả cung cấp nước của các nhà máy nước hay các trạm cấp nước hiện có. Các trung
tâm đô thị thường có tiêu chuẩn cấp nước cao hơn so với các vùng ngoại thành
lượng nước thải sinh hoạt tính trên đầu người cũng có sự khác biệt giữa thành thị và
nông thôn.
2.2.1. Sự hình thành nước thải sinh hoạt
Nước thải được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người, một số hoạt
động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện, trường học, nhà ăn,…cũng tạo ra các
loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt.
2.2.2. Phân loại
Nước thải sinh hoạt được chia làm 2 loại :
 Nước đen là nước thải từ nhà vệ sinh, chứa phần lớn các chất ô nhiễm, chủ
yếu là các chất hữu cơ, các vi sinh vật gây bệnh và cặn lơ lửng.
 Nước xám là nước phát sinh từ các quá trình : rửa, tắm, giặt, với thành phần
các chất ô nhiễm không đáng kể.
2.2.3. Thành phần nước thải sinh hoạt