CÔNG TRÌNH ĐƢỢC HOÀN THÀNH TẠI

\s

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA MÔI TRƢỜNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH
Cán bộ hƣớng dẫn khoa học : TS. Trần Ứng Long

NGUYỄN HOÀNG NHƢ
Cán bộ chấm nhận xét 1 :

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
MBBR (MOVING BED BIOFILM REACTOR)
ĐỂ XỬ LÝ NƢỚC THẢI SẢN XUẤT BIA

Chuyên ngành

: Công nghệ Môi trƣờng

MSHV

: 10251018

Cán bộ chấm nhận xét 2 :

LUẬN VĂN THẠC SĨ
Luận văn thạc sĩ đƣợc bảo vệ tại HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN

Nơi sinh : An Giang

Chuyên ngành

: Công nghệ Môi trƣờng

LỜI CẢM ƠN
Thực hiện luận văn cao học thật sự là một thách thức lớn trong quá trình học tập
và công tác, thông qua đó giúp em ho ̣c đƣơ ̣c nhiề u điề u cả trên lý thuyế t lẫn thƣ̣c tiễn
cuô ̣c số ng. Để có đƣơ ̣c nhƣ̃ng trải nghiê ̣m này , em xin gƣ̉i lời cảm ơn chân thành đế n
thầ y Trần Ứng Long đã tạo điều kiện và chỉ dạy em trong suố t khoảng thời gian công
tác và nghiên cƣ́u. Với lòng biế t ơn, em xin kính chúc Thầ y luôn khỏe mạnh.

1- TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm

Reactor) để xử lý nƣớc thải sản xuất bia.

Việt Nam, anh Mai Nghi Thuấn, anh Dƣơng Công Chung đã hỗ trơ ̣ tôi thực hiện mô

2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:

 Lập mô hình nghiên cứu, kế hoạch lấy mẫu, phân tích các thông số nƣớc thải
đầu vào và đầu ra của mô hình MBBR đối với nƣớc thải từ bể cân bằng của nhà
máy bia Sabmiller.
 Đánh giá hiệu quả xử lý của mô hình đối với tính chất nƣớc thải đầu vào đã đề
ra.
 Đề xuất phƣơng án áp dụng công nghệ
3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ

Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Ban giám đốc Công ty TNHH Sabmiller

QL. CHUYÊN NGÀNH
TRƢỞNG KHOA QL NGÀNH

iii

iv


TÓM TẮT
Hiện nay, công nghiệp sản xuất bia, nƣớc giải khát ở Việt Nam đang phát triển
mạnh để phục vụ nhu cầu ngày càng tăng của xã hội. Quá trình sản xuất có thể phát
sinh ra lƣợng nƣớc thải ngày càng tăng trong khi việc tăng công suất hoạt động của hệ
thống xử lý nƣớc thải hiện hữu gặp phải nhiều khó khăn. Nên đề tài “ Nghiên cứu ứng
dụng công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) để xử lý nƣớc thải sản xuất
bia” đƣa ra thêm lựa chọn cho việc nâng cấp hệ thống xử lý nƣớc thải hiện hữu trở nên
đơn giản. Mô hình sử dụng hai loại giá thể lơ lửng trong điều kiện hiếu khí tuần tự là
K3 và F10 – 4 ở các mức tải trọng 1 Kg/m3.ngày, COD dòng vào
DANH MỤC BẢNG .....................................................................................................IX
DANH MỤC HÌNH........................................................................................................ X
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ............................................................................ XIII

Phƣơng pháp sinh học .............................................................................. 16

TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MBBR ..................................................... 27

2.3.1. Giới thiệu về công nghệ MBBR ................................................................ 27
2.3.2 Giá thể di động ............................................................................................. 28
2.3.3. Lớp màng biofilm ...................................................................................... 30
2.3.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lý bằng công nghệ MBBR ............ 32
2.3.5. Ứng dụng công nghệ MBBR .................................................................... 34

CHƢƠNG 1 ..................................................................................................................... 1
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
1.1.

ĐẶT VẤN ĐỀ ................................................................................................. 2

1.2.

MỤC TIÊU NGHIÊN CƢ́U ............................................................................ 3

1.3.

ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CƢ́U ................................................. 3

1.3.1. Đối tƣợng nghiên cứu của luận văn bao gồm .............................................. 3
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu ..................................................................................... 3

2.4.2. Hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy bia Sapporo Việt Nam ...................... 46
2.4.3. Hệ thống xử lý nƣớc thải Nhà máy chế biến thủy sản Minh Phú – Hậu
Giang ................................................................................................................... 50
CHƢƠNG 3 ................................................................................................................... 54
CÁC PHƢƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM ..................................................................... 54
3.1.

ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU ....................................................................... 55

3.1.1. Nƣớc thải ................................................................................................... 55
3.1.2. Giá thể........................................................................................................ 55
3.2.

MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU ............................................................................ 56

3.2.1. Thiết kế mô hình ........................................................................................ 56
3.2.2. Kích thƣớc trong mô hình ......................................................................... 58
3.2.3. Các chi tiết thiết bị trong mô hình ............................................................. 59
3.3.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .......................................................................... 56

3.3.1. Thí nghiệm thích nghi trên giá thể K3 ...................................................... 57
vii


Mục Lục

Mục Lục



KẾT QUẢ VẬN HÀNH Ở GIAI ĐOẠN THÍCH NGHI ............................... 65

4.1.1. Sự phát triển của lớp màng vi sinh trên giá thể K3 ................................... 65
4.1.2. Sự phát triển của lớp màng vi sinh trên giá thể F10 – 4 ............................ 68
4.2.

KẾT QUẢ TRÊN MÔ HÌNH MBBR VỚI GIẢ THỂ K3 .............................. 71

4.2.1. So sánh hiệu quả xử lý COD, TN, TP và hàm lƣợng MLSS trên mô hình
có tuần hoàn và không tuần hoàn nƣớc ở tải trọng OLR=1.5 KgCOD/m3.ngày .. 71
4.2.2. Đánh giá kết quả phân tích trên mô hình với giá thể K3 ........................... 74
4.3. KẾT QUẢ TRÊN MÔ HÌNH MBBR VỚI GIÁ THỂ F10-4 .............................. 79
4.2.1. Diễn biến của chỉ tiêu pH .......................................................................... 80
4.2.2. Diễn biến của chỉ tiêu DO ......................................................................... 80
4.2.3. Hiệu quả xử lý COD .................................................................................. 81
4.2.4. Hiệu quả xử lý TN, TP .............................................................................. 82
4.2.3. Diễn biến MLSS của màng vi sinh ............................................................ 83
4.4. ĐỀ XUẤT PHƢƠNG ÁN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MBBR VÀO NÂNG
CẤP HỆ THỐNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI NHÀ MÁY SABMILLER ....................... 86
4.4.1. Đánh giá kết quả phân tích với nƣớc thải lấy từ đầu ra của bể UASB........ 86
4.4.2. Đề xuất phƣơng án nâng cấp Hệ thống xử lý nƣớc thải hiện tại ................. 90
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................................... 92
viii

ix


Danh Mu ̣c


Bảng 3.11. Phƣơng pháp phân tích các chỉ tiêu ............................................................ 62
Bảng 4.1. Kết quả phân tích tại OLR=0.6KgCOD/m3.ngày trên giá thể K3 ................ 65
Bảng 4.2. Kết quả phân tích tại OLR=0.6KgCOD/m3.ngày trên giá thể F10-4 ............ 68
Bảng 4.3. So sánh kết quả vận hành mô hình MBBR trên hai loại giá thể ................... 85

Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải sản xuất bia điển hình. .............................. 10
Hình 2.3. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải nhà máy bia Sabmiller. ............................. 14
Hình 2.4. Hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy bia Sabmiller. ......................................... 16
Hình 2.5. Sơ đồ đất ngập nƣớc kiến tạo chảy ngầm theo chiều ngang. ........................ 21
Hình 2.6. Sơ đồ đất ngập nƣớc kiến tạo chảy ngầm theo chiều đứng. .......................... 21
Hình 2.7. Sự chuyển hóa nitơ trong quá trình chuyển hóa sinh học. ............................ 22
Hình 2.8. Mô tả quá trình xử lý của bể MBBR. ............................................................ 27
Hình 2.9. Các loại giá thể K1, K2, K3, Biofilm Chip M và Natrix-O. ......................... 29
Hình 2.10. Sự phát triển của lớp màng biofilm ở bên ngoài ít hơn bên trong............... 30
Hình 2.11. Mặt cắt lớp màng vi sinh trên giá thể K1. ................................................... 31
Hình 2.12. Nồng độ của chất nền theo chiều sâu lớp màng. ......................................... 32
Hình 2.13. Lớp biofilm dính bám trên bề mặt giá thể. .................................................. 33
Hình 2.14. Hệ MBBR khử hữu cơ và nitrogen.............................................................. 34
Hình 2.15. Các quy trình công nghệ tách sinh khối trong nƣớc sau khi qua MBBR. ... 35
Hình 2.16. Công nghệ MBBR xử lý hữu cơ. ................................................................. 36
Hình 2.17. Công nghệ MBBR để xử lý hữu cơ và phosphorus. .................................... 36
Hình 2.18. Quy trình xử lý BOD và chất dinh dƣỡng. .................................................. 38
Hình 2.19. AnoxKaldnesTM – bể MBBR độc lập. ......................................................... 38
Hình 2.20. HybasTM – quy trình kết hợp. ..................................................................... 39
Hình 2.21. LagoonGuardTM – quy trình hồ sinh học. .................................................... 39
Hình 2.22. BasTM – quy trình kết hợp. ........................................................................... 39
Hình 2.23. Hệ MBBR kết hợp keo tụ. ........................................................................... 41
Hình 2.24. Công nghệ MBBR để xử lý hữu cơ và photpho. ......................................... 43
Hình 2.25. Sơ đồ công nghệ xử lý nƣớc thải Siêu thị Coopmart Bà Rịa. ..................... 44
Hình 2.26. Lƣới chặn giá thể, thiết bị trộn tĩnh và máy thổi khí trong hệ MBBR. ....... 46

Hình 4.15. Hiệu quả xử lý TN, TP thí nghiệm trên giá thể K3. .................................... 77

Hình 3.2. Sơ đồ công nghệ mô hình MBBR. ................................................................ 57

Hình 4.16. Diễn biến MLSS của màng vi sinh trên giá thể K3. .................................... 78

Hình 3.3. Mô hình MBBR thực tế. ................................................................................ 58

Hình 4.17. Màng vi sinh hình thành trên giá thể K3 ngày thứ 78 và 95. ...................... 79

Hình 3.4. Kích thƣớc bể MBBR1-2 và bể lắng. ............................................................ 58

Hình 4.18. Diễn biến pH thí nghiệm trên giá thể F10-4. ............................................... 80

Hình 3.5. Các thiết bị chính trong mô hình MBBR. ..................................................... 59

Hình 4.19. Diễn biến DO thí nghiệm trên giá thể K3. .................................................. 81

Hình 3.6. Các phụ kiện trong mô hình. ......................................................................... 59

4.2.3.

Hình 3.7. Sơ đồ mô hình thí nghiệm. ............................................................................ 60

Hình 4.20. Hiệu quả xử lý COD thí nghiệm trên giá thể F10 – 4. ................................ 82

Hình 3.8. Tóm tắt các nội dung thí nghiệm. .................................................................. 56

4.2.4.



Hình 4.28. Diễn biến pH và DO ở thí nghiệm 9............................................................ 88

Hình 4.7. Diễn biến MLSS của màng vi sinh và hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn
thích nghi. ...................................................................................................................... 70

Hình 4.29. Diễn biến MLSS và hiệu quả xử lý COD ở thí nghiệm 9. .......................... 89

Hình 4.8. Màng vi sinh hình thành trên giá thể F10 – 4 ngày thứ 7 và ngày thứ 20. .... 71

Hình 4.31. Hiệu quả xử lý TN, TP ở thí nghiệm 9. ....................................................... 90

Hình 4.9. Diễn biến pH và DO ở tải trọng OLR=1.5KgCOD/m3.ngày trên giá thể K3.
....................................................................................................................................... 72

Hình 4.32. Sơ đồ công nghệ đề xuất áp dụng mô hình MBBR cho nhà máy bia
Sabmiller. ....................................................................................................................... 91

xi

xii

Hiệu quả xử lý COD .................................................................................. 81

Hiệu quả xử lý TN, TP .............................................................................. 82

Diễn biến MLSS của màng vi sinh ............................................................ 83

Hình 4.26. Màng vi sinh bám dính trên giá thể ở hai bể MBBR trong thí nghiệm 5. ... 87


Xử lý sinh học với giá thể lơ lửng (Moving Bed Biofilm Reactor)

MLSS

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

MLVSS

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

OLR

Tải lƣợng chất hữu cơ (Organic loading rate)

QCVN

Quy chuẩn Việt Nam

SRT

Thời gian lƣu bùn (Sludge retention time)

TSS

Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid)

SVI

Thể tích lắng của bùn (Sludge volume index)


MỞ ĐẦU

UASB
Bể xử lý sinh học kỵ khí dòng chảy ngƣợc (Up-ward flow Anaerobic
Sludge Blanket)
KCN

Khu công nghiệp

xiii

1

1


Chƣơng 1. Mở đầu

1.1.

Chƣơng 1. Mở đầu

ĐẶT VẤN ĐỀ

1.2.

Bia đƣợc đƣợc con ngƣời biết đến từ rất lâu, nhiều chứng cứ cho thấy nó có từ
hơn 5000 năm trƣớc Công nguyên. Ngành công nghiệp bia bắt đầu ở Việt Nam cách
đây trên 100 năm. Hiện nay, nhu cầu sống của xã hội ngày càng tăng cao: nhu cầu giải
trí, vui chơi, thƣởng thức những điều thú vị mới, ...và bia là một trong những đồ uống


2

MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU

Nghiên cƣ́u , đánh giá hiê ̣u quả x ử lý chất hữu cơ và dinh dƣỡng của mô hình
MBBR hiếu khí bằng giá thể K3 và F10-4 ở các tải trọng 1.5 kg COD/m3ngày.đêm; 3
kg COD/m3ngày.đêm và 4.5 kg COD/m3ngày.đêm
Đề xuất phƣơng án cải tạo Hệ thống xử lý nƣớc thải của nhà máy bia Sabmiller
khi cần tăng công suất hoạt động.
1.3. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
1.3.1. Đối tƣợng nghiên cứu của luận văn bao gồm
Thu thập thông tin và tổng quan các tài liệu liên quan đến các phƣơng pháp xử lý
nƣớc thải sản xuất bia hiện nay.
Thu thập thông tin và tổng quan các tài liệu liên quan đến hiệu quả xử lý nƣớc
thải sản xuất bia của phƣơng pháp MBBR.
Nghiên cứu trên mô hình thực nghiệm về công nghệ xử lý nƣớc thải sản xuất bia
bằng phƣơng pháp xử lý MBBR, gồm có:
 Thiết lập mô hình xử lý và phƣơng pháp vận hành mô hình.
 Sử dụng giá thể K3 cho mục đích nghiên cứu.
 Sử dụng giá thể F10-4 cho mục đích nghiên cứu.
 Vận hành mô hình thực nghiệm với tải trọng khác nhau.
 Lấy mẫu, phân tích các chỉ tiêu ô nhiễm của mô hình nghiên cứu theo các vị trí
nghiên cứu nhất định.
 Đánh giá khả năng ứng dụng của phƣơng pháp MBBR vào hệ thống xử lý nƣớc
thải của nhà máy bia Sabmiller.
1.3.2. Phạm vi nghiên cứu
Thực nghiệm đƣợc tiến hành trên quy mô phòng thí nghiệm (bench-scale
experiments) đặt tại phòng thí nghiệm Nhà máy bia Sabmiller, KCN Mỹ Phƣớc II,
huyện Bến Cát, tỉnh Bình Dƣơng.

̣ và phân tích
Toàn bộ kỹ thuật lấy mẫu và phân tích các chỉ tiêu môi trƣờng đƣợc tiến hành theo
đúng các quy định của tiêu chuẩn Việt Nam và tiêu chuẩn quốc tế (theo Standard
Methods).

TỔNG QUAN

1.4.3. Phƣơng pháp nghiên cƣ́u mô hin
̀ h
Khảo sát hiệu quả xử lý COD và chất dinh dƣỡng trên mô hình MBBR hiếu khí.
1.4.4. Phƣơng pháp xƣ̉ lý số liêụ
Sử dụng các phƣơng pháp quy hoạch thực nghiệm để phân tích và tối ƣu hoá quá
trình thí nghiệm. Đồng thời xử lý số liệu kết quả thí nghiệm bằng phần mềm Excel.
1.4.5. Tính mới của đề tài và ý nghĩa thực tiễn
Hiện nay, nghiên cứu về hệ thống MBBR để xử lý nƣớc thải của các ngành sản
xuất đặc trung nhƣ nƣớc thải sản xuât bia chỉ ở bƣớc đầu và đang hạn chế về số lƣợng.
Chính vì vậy việc lựa chọn hƣớng nghiên cứu của đề tài là hoàn toàn mới và hợp lý.
Kết quả nghiên cứu là cơ sở ban đầu để ứng dụng cho một hệ thống MBBR mới
hoặc cải tạo, nâng cấp hệ thống cũ.

4

2

5


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan


Hoa hublon

Quy trình sản xuất bia bao gồm các công đoạn nhƣ sau:
 Nấu – đƣờng hóa: nấu bột và trộn với malt, cho thủy phân dịch bột thành
đƣờng, lọc bỏ bã các loại bột, bã hoa hublo. Nƣớc thải của công đoạn này
giàu các chất hydrocacbon, xenlulozơ, pentozơ, trong vỏ trấu, các mảnh
hạt và bột, các cục vón… cùng với các xác hoa, một ít tannin, các chất
đắng, chất màu.
 Công đoạn lên men chính và lên men phụ:nƣớc thải nƣớc thải của công
đoạn này rất giàu xác men – chủ yếu là protein, các chất khoáng, vitamin
cùng với bia cặn.
 Giai đoạn thành phẩm: lọc, bão hòa CO2, chiết block, đóng chai, hấp chai.
Nƣớc thải ở đây chứa bột trợ lọc lẫn xác men, lẫn bia chảy tràn ra ngoài…

Nấu hoa

Hơi nƣớc

Bã malt

Tách bã
Làm lạnh

Glycol hay
nƣớc đá

Lên men chính, phụ

Men giống


Thanh trùng
Kiểm tra, dán nhãn, nhập kho
Sản phẩm

Hình 2.1. Công nghệ sản xuất bia và các dòng thải.

6

7

Nƣớc thải


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan

2.1.2. Thành phần ô nhiễm

sàn nhà… Điều đó dẫn đến tải lƣợng nƣớc thải và hàm lƣợng các chất ô nhiễm của nhà
máy bia rất khác nhau. Ở các nhà máy bia có biện pháp tuần hoàn nƣớc và công nghệ
rửa tiết kiệm nƣớc thì lƣợng nƣớc thấp. Định mức nƣớc cấp: 4 – 8 m3/1000 lít bia, tải
lƣợng nƣớc thải: 2.5 – 6 m3/lít bia

Nƣớc thải của các nhà máy bia khoảng gấp 6 lần so với bia thành phẩm,
bao gồm:
 Nƣớc lẫn bã malt và bột sau khi láy dịch đƣờng. Để bã trên sang lƣới,
nƣớc sẽ tách khỏi bã..
 Nƣớc rửa thiết bị lọc, nồi nấu, thùng nhân giống, lên men và các loại

tẩy rửa) có nồng độ cao, nồng độ các chất rắn, thô, hoặc kết lắng thấp.
Nƣớc rửa chai cũng là một trong những dòng thải có ô nhiễm lớn trong công
nghệ sản xuất bia. Về nguyên lý, chai có thể đóng bia đƣợc rửa qua các bƣớc: rửa với
nƣớc nóng, rửa bằng dung dịch kềm loãng nóng (1 – 3% NaOH), tiếp đó là rửa sạch
bẩn và nhãn bên ngoài chai và cuối cùng là phun kiềm nóng rửa bên trong và bên
ngoài chai, sau đó là rửa sạch bằng nƣớc nóng và nƣớc lạnh. Do đó, dòng thải của quá
trònh rửa chai có độ pH cao và làm cho dòng thải chung có độ pH kiềm tính.
Trong sản xuất bia, nƣớc thải ít thay đổi từ nhà máy này sang nhà máy khác, sự
khác nhau có thể chỉ là áp dụng phƣơng pháp lên men nổi hay men chìm. Nhƣng sự
khác nhau cơ bản là vấn đề sử dụng nƣớc cho quá trình rửa chai, lon, máy móc thiết bị,
8

Với các biện pháp sử dụng nƣớc hiệu quả nhất thì định mức nƣớc thải của nhà
máy bia không thể thấp hơn 2 – 3 m3/1000 lít bia sản phẩm. trung bình lƣợng nƣớc thải
………………………………………………………………………….
Bảng 2.2. Đặc tính nước thải một số nhà máy sản xuất bia.
Thông số

Đơn vi ̣

Nƣớc sông

pH

-

5.7- 11.7

BOD5


m3/1000 lít bia

4–8

Trọng trọng ô nhiễm

KgBOD5/1000 lít bia

3–6

Lƣu lƣợng dòng thải và đặc tính dòng thải trong công nghệ sản xuất bia còn
biến đổi theo chu kỳ và mùa sản xuất.
Do đặc tính nƣớc thải của công nghệ sản xuất bia có chứa hàm lƣợng hữu cơ
cao ở trạng thái hòa tan và trạn thái lơ lửng, trong đó chủ yếu là hydrocacbon, protein
và các acid hữu cơ, là các chất có khả năng phân hủy sinh học. Tỉ lệ BOD5/COD nằm
trong khoảng từ 0.5 – 0.7 nên thích hợp với phƣơng pháp xử lý sinh học. Tuy nhiên,
trong những trƣờng hợp thiếu các chất dinh dƣỡng nhƣ nitrogen, phosphorus cho quá
trình phát triển của vi sinh vật, cần phải bổ sung kịp thời.
Nƣớc thải trƣớc khi đƣa vào xử lý sinh họpc cần phải qua sàng, lọc, để tách các
tạp chất thô nhƣ giấy nhãn, nút bấc và các loại hạt rắn khác. Đối với dòng thải rửa chai
có giá trị pH cao cần đƣợc trung hòa bằng khí CO2 của quá trình lên men hay bằng khí
thải của nồi hơi.

9


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan


compost

Bùn dƣ

2.1.4. Tổng quan Hệ thống xử lý nƣớc thải nhà máy bia Sabmiller [3, 5]
Nƣớc thải
đầu ra

Bể nén bùn

Ép bùn

Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải sản xuất bia điển hình.
2.1.3.1. Xử lý sinh học
Việc lựa chọn phƣơng pháp xử lý hiếu khí, kỵ khí hay phƣơng pháp kết hợp và
thiết bị sinh học để xử lý nƣớc thải công nghiệp bia phụ thuộc vào đặc tính nƣớc thải.
lƣu lƣợng nƣớc thải, điều kiện kinh tế - kỹ thuật và diện tích sử dụng cho phép.
Trong hệ thống xử lý nƣớc thải công nghiệp bia thƣờng dùng các phƣơng pháp sinh
học sau:
 Phƣơng pháp bùn hoạt tính (Aerotank) với tải lƣợng bùn F/M = 0.05 – 0.1
KgBOD5/Kgbùn/ngày và SV tới 270 ml/g. Do hàm lƣợng hữu cơ dạng
hydrocacbon cao, nếu thiếu chất dinh dƣỡng nhƣ nitrogen, phosphorus thì quá
trình dễ sinh ra vi sinh dạng sợi và bùn khó lắng. Càng hạn chế bã men trong
nƣớc thải, vận hành thiết bị với tải trọng bùn không cao sẽ hạn chế đƣợc quá
trình tạo bùn dạng sợi.

10

 Phƣơng pháp màng sinh học hiếu khí: với các thiết bị dạng tháp, trong có lớp
đệm bằng các hạt nhân tạo (nhựa, gỗ…) loại này thƣờng có tải trọng thể tích từ

gạo. Hỗn hợp sau đó đƣợc đem lọc để tách dịch đƣờng. Bã hèm chuyển vào bồn chứa
để dùng cho thức ăn gia súc. Dịch đƣờng đƣợc làm trong và làm lạnh chuyển vào bồn

11


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan

 Nƣớc làm lạnh, nƣớc ngƣng: đƣợc sử dụng tuần hoàn theo chu trình khép
kín nên lƣợng nƣớc thải này không đáng kê và hầu nhƣ không ô nhiễm.
Do đó, có thể thải trực tiếp đến nguồn tiếp nhận.
 Nƣớc thải vệ sinh các thiết bị nhƣ bồn nấu, bồn lọc, bồn lên men, đƣờng
ống.. chứa bã hèm, tinh bột, bã hoa bia, bã men…
 Nƣớc thải công đoạn rửa chai: trƣớc tiên chai đƣợc rửa bằng dung dịch
kiềm loãng nóng (1 – 3% NaOH) để rửa sạch chat bẩn và nhãn chai, sau
đó đƣợc rửa lại bằng nƣớc sạch và thanh trùng. Do đó, nƣớc thải từ quá
trình rửa chai có pH cao và cũng chứa các chất ô nhiễm hữu cơ (do bia
và các chất khác trong quá trình lƣu thông vỏ chai gây ra).
 Lƣu lƣợng nƣớc thải trong quá trình sản xuất bia khoảng 12,8 lít nƣớc
thải/1 lít bia than phẩm

lên men sẵn sàng cho giai đoạn lên men. Toàn bộ quá trình này hoàn toàn tự động và
đƣợc điều khiển bằng hệ thống máy tính.
c. Lên men
Trong quá trình chuyển dịch đƣờng lạn vào bồn lên men, men và không khí
đƣợc thêm vào và quá trình lên men bắt đầu. men sẽ chuyển hóa đƣờng có trong dịch
đƣờng thành cồn, khí cacbonite và hƣơng thơm đặc trƣng cho bia. Quá trình lên men
đƣợc thực hiện trong khoảng thời gian quy định bao gồm 02 giai đoạn chính: giai đoạn


QCVN 24:2009/BTNMT
Cột A

-

7.4

6–9

BOD

mg/l

319

30

03

COD

mg/l

488

50

04


pH

02

07

Coliform

MPN/100ml

3

9x10

3000

2.1.4.3. Công nghệ xử lý nước thải

2.1.4.2. Đặc trưng các nguồn nước thải:
(bao gồm nước thải sinh hoạt và nước thải sản xuất)
Nƣớc thải sinh hoạt: đáp ứng cho số lƣợng 100 nhân viên của công ty với định
mức khoảng 8m3/ngày.

Nƣớc thải từ các công đoạn sản xuất của nhà máy đƣợc thu gom về hệ thống xử
lý. Trƣớc khi vào bể gom, nƣớc thải đƣợc dẫn qua thiết bị lƣợc rác thô để loại bỏ chất
rắn có kích thƣớc lớn hơn 20mm ra khỏi dòng thải.

Nƣớc thải sản xuất:

12

tính Aerotank.

Rác
Thiết bị lƣợc rác tinh

Chôn lấp

Khuấy trộn
Bể cân bằng

Thiết bị trộn tĩnh
Hóa chất điều
chỉnh pH

Thiết bị đốt khí

Bể UASB

Trong bể Aerotank, quá trình xử lý sinh học hiếu khí diễn ra nhờ vào lƣợng õy
hòa tan trong nƣớc, một lƣợng oxy thích hợp đƣợc cung cấp cho bùn hoạt tính để phân
hủy các chất hữu cơ.

Bể chứa trung gian
Dƣỡng khí
Bể aerotank
Bùn
dư

Nước
dư

Bùn hoạt tính dƣới đáy bể lắng đƣợc thu gom vào hố trung tâm bởi thiết bị gạt
bùn. Một phần bùn hoạt tính đƣợc bơm tuần hoàn trở về bể Aerotank để duy trì chức
năng sinh học và giữ nồng độ bùn trong bể này ở mức cố định. Lƣợng bùn dƣ sẽ đƣợc
bơm vào bể nén bùn từ nồng độ 1%DS lên 2.5DS, sau đó đƣợc bơm vào thiết bị keo tụ
bùn, trộn đều với polymer, sau đó toàn bộ hỗn hợp đi vào thiết bị ép bùn băng tải. bánh
bùn sau khi ép đƣợc đổ và thiết bị thu bùn tho và chuyển đi chôn lấp hoặc bón cây.
Nƣớc dƣ từ bể nén bùn và máy ép bùn đƣợc thu gom và chảy về trạm bơm nƣớc
thải để tiếp tục xử lý.

Hình 2.3. Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải nhà máy bia Sabmiller.
Từ bể tập trung, nƣớc thải đƣợc 2 bơm chìm bơm lên thiết bị lƣợc rác tinh với
công suất cực đại là 168 m3/h để loại bỏ cặn rắn có kích thƣớc lớn hơn 0.5mm. Sau đó
nƣớc sẽ tự chảy qua bể cân bằng. Bể cân bằng có nhiệm vụ điều hòa lƣu lƣợng và các
14

Khí biogas sinh ra từ bể UASB đƣợc thu gom và đốt bằng thiết bị đốt tự động
đặt trên bể UASB, khi hệ thống hoạt động ổn định, lƣợng khí này có thể đƣợc thu hồi
để phục vụ cho việc vận hành lò hơi.
15


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan

Nƣớc sau xử lý đạt tiêu chuẩn QCVN 24:2009/BTNMT loại A.

Quá trình bùn hoạt tính là quá trình sinh trƣởng và phát triển của vi sinh vật,
chúng sống tập trung kết dính lại với nhau thành hạt bùn hoặc những bông bùn với
trung tâm là các chất nền rắn lơ lửng (40%), những bông bùn hay hạt bùn này còn

Quá trình kị khí.
Thiếu khí và kị khí kết hợp.
Quá trình hồ sinh học.
Bản chất của phƣơng pháp sinh học trong quá trình xử lý nƣớc thải sinh hoạt là
sử dụng hiệu quả sống và hoạt động của các vi sinh vật có ích để phân hủy các chất
hữu cơ và các thành phần ô nhiễm trong nƣớc thải.
Ƣu điểm : rẻ tiền, sản phẩm phụ của quá trình có thể tận dụng làm phân bón
(bùn hoạt tính) hoặc tái sinh năng lƣợng (khí methane).
2.2.1.1. Xử lý sinh học sinh trưởng lơ lửng
16

Trong nƣớc thải các tế bào của loài Zooglea có thể sinh ra bao nhầy xung quanh
tế bào có tác dụng gắn kết các vi khuẩn các hạt lơ lửng khó lắng và các chất gây mùi…
và phát triển các hạt bông cặn. Các hạt bông cặn này khi kuấy trộn và thổi khí sẽ dần
dần lớn lên do hấp phụ nhiều hạt rắn lơ lửng nhỏ, tế bào vi sinh vật, nguyên sinh động
vật và các chất độc. Trong bùn hoạt tính luôn có động vật nguyên sinh mà đại diện là
Sarcodina, Mastigophora, Ciliata, Suctoria và vài loại sinh vật phức tạp khác. Quan
hệ giữa động vật nguyên sinh và vi khuẩn là quan hệ “mồi – thú” thuộc cân bằng động
chất hữu cơ – vi khuẩn – động vật nguyên sinh. Khi bùn lắng xuống, hoạt tính bùn
giảm gọi là “bùn già”.Hoạt tính của bùn có thể đƣợc hoạt hóa trở lại bằng cách cung
cấp đầy đủ dinh dƣỡng và cơ chất hữu cơ. Phần lớn các vi sinh vật có đều khả năng
xâm chiếm, bám dính trên bề mặt vật rắn khi có cơ chất, muối khoáng và oxy tạo nên
màng sinh học dạng nhầy có màu thay đổi theo thành phần nƣớc thải từ vàng xám đến
nâu tối. Trên màng sinh học có chứa hàng triệu đến hàng tỷ tế bào vi khuẩn, nấm men,
và một số đông vật nguyên sinh khác. Tuy nhiên, khác với hệ quần thể vi sinh vật
trong bùn hoạt tính thành phần loài và số lƣợng các loài trong màng sinh học là tƣơng
đối đồng nhất. công thức bùn hoạt tính thƣờng dùng trong các tính toán là C5H7O2N.
Một số giống vi khuẩn chính có trong bùn hoạt tính và chức năng của chúng khi
tham gia xử lý nƣớc thải đƣợc trình bày trong bảng 2.4.
17


4

Cytophaga

Phân hủy các polymer

5

Zooglea

Tạo thành chất nhầy (polysaccarit), chất keo tụ

6

Acinetobacter

Tích lũy polyphosphate, khử nitrate

7

Nitrosomonas

Nitrit hóa

8

Nitrobacter

Nitrate hóa


Acinetobacter

15

Hyphomicrobium

16

Desulfovibrio

Khử nitrate ( khử nitrate thành N2)

sinh học từ màng sinh học đƣợc đƣa vào khối chất lỏng sau khi khuếch tán qua lớp
phim.
Bể phản ứng màng sinh học cho nhiều ƣu điểm hơn các hệ thống sinh trƣởng lơ
lửng truyền thống.Một đặc tính quan trọng của các hệ thống màng sinh học là có khả
năng chịu đựng điều kiện sốc tải. Những vật liệu giá thể với khả năng hấp phụ hoặc
trao đổi ion cho phép nó trở thành chất đệm nếu nồng độ của chất độc hại vƣợt quá khả
năng chịu đựng của các vi sinh vật. Hơn nữa, quá trình sinh trƣởng bám dính có thể xử
lý nƣớc thải có nồng độ ô nhiễm thấp. Thông thƣờng đối với hệ thống bùn hoạt tính,
nếu giá trị BOD của nƣớc thải thấp hơn 50 – 60 mg/l, nó sẽ ảnh hƣởng đến sự hình
thành và phát triển của bùn.Tuy nhiên với các quá trình sinh trƣởng bám dính thì giá trị
BOD5 của nƣớc thải có thể giảm xuống thấp từ 20 – 30 mg/l đến 5 – 10 mg/l. Ngoài ra,
quá trình sinh trƣởng bám dính còn dễ dàng quản lý và có thể cắt giảm chi phí.
Hơn nữa, trong quá trình bùn hoạt tính truyền thống, MLVSS thƣờng có thể duy
trì từ 1,500 – 3,000 mg/l trong bể hiếu khí, và bùn đƣợc giữ ở trạng thái lơ lửng hoàn
toàn. Do đó, nếu tải trọng hoặc hoặc nồng độ chất hữu cơ đƣợc nạp vào quá cao, nó sẽ
là nguyên nhân làm vi sinh vật chết và sinh khối khối bị trôi ra ngoài hoặc làm giảm
hiệu quả lắng, dẫn đến chất lƣợng nƣớc đầu ra giảm. Ngƣợc lại, quá trình sinh trƣởng

gồm hàng loạt những đĩa tròn, phẳng làm bằng polystyre hoặc polyvinylclorua lắp trên
một trục bằng thép có đƣờng kính tới 3,5m. Các đĩa đƣợc đặt ngập một phần trong
nƣớc thải (thƣờng chiếm 30 – 40% đƣờng kính của đĩa) và xoay tròn với vận tốc rất
chậm, khoảng 1 – 3 vòng/phút. Trong quá trình vận hành, các vi sinh vật sẽ sinh
trƣởng gắn kết trên bề mặt giá thể là và hình thành lớp màng sinh học trên bề mặt ƣớt

19


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan

của đĩa. Khi đĩa quay, lần lƣợt làm cho lớp màng vi sinh vật tiếp xúc với chất hữu cơ
trong nƣớc thải và với không khí để hấp thụ oxy.

Nhiều loại cây trồng cho vùng đất ngập nƣớc kiến tạo đƣợc lựa chọn để tham
gia vào quá trình hấp thu các chất ô nhiễm trong nƣớc thải, nhiều nhất là các loại cây
sậy, năn, lác, cỏ Vetiver (cho loại chảy ngầm) hoặc lục bình, hoa súng, bèo các loại

b. Quá trình sinh trưởng bám dính ngập nước
Các quá trình sinh trƣởng bám dính ngập trong nƣớc bắt đầu vào những năm
1970 và đƣợc mở rộng vào những năm 1980, nhƣ một lớp mới của quá trình sinh
trƣởng bám dính hiếu khí. Trong hệ thống nƣớc thải có thể đƣợc đƣa vào từ dƣới lên
hoặc từ trên xuống trong bể phản ứng giá thể cố định và bể phản ứng tầng sôi.Ƣu điểm
đặc biệt của hệ thống là chỉ cần diện tích nhỏ chỉ bằng một phần năm tới một phần ba
diện tích cần cho bể xử lý bùn hoạt tính.
2.2.1.3. Xử lý sinh học bằng wetland
Đất ngập nƣớc (wetland) đƣợc hiểu là phần đất có chứa nƣớc trong đất thƣờng
xuyên dạng bão hoà hoặc cận bão hòa. Trong thiên nhiên, đất ngập nƣớc hiện diện ở

hữu cơ (protein và ure) và N-NH3. Việc loại bỏ nitrogen có thể đạt đƣợc bởi 2 quá

21


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan

trình cơ bản gồm quá trình đồng hóa và quá trình nitrate hóa - khử nitrate hóa. Vi sinh
vật đồng hóa N-NH3 để chuyển thành sinh khối.

Quá trình thông thƣờng nitơ trong nƣớc thải đƣợc loại bỏ nhờ sự chuyển hóa của
vi khuẩn đối với các hợp chất của nitrogen nhƣ N-NH4+, N-NO2-, N-NO3-,… thành
nitrogen tự do nhờ quá trình nitrate hoá và khử nitrate (nitrification/denitrification).

Đối với quá trình nitrat hóa - khử nitrate, nitrogen sẽ đƣợc loại bỏ bởi 2 quá
trình đó. Trong giai đoạn đầu tiên, nitrat hóa là tiến trình sinh học trong đó N-NH3 sẽ
đƣợc chuyển hóa thành nitrite và cuối cùng là nitrate, tất cả diễn ra trong quá trình hiếu
khí. Quá trình nitrat hóa diễn ra do các vi sinh vật tự dƣỡng. Quá trình loại bỏ nitơ
gồm 2 phản ứng, một là oxi hóa N-NH3 thành nitrit bởi vi khuẩn Nitrosomonas và từ
nitrit sang nitrat bởi vi khuẩn Nitrobacter. Trong giai đoạn thứ 2, nitrat chuyển hóa
thành khí N2, quá trình khử nitrat hóa diễn ra trong điều kiện thiếu khí.
Sự chuyển hóa nitrogen trong quá trình sinh học đƣợc mô tả trong hình 2.7.Hầu
hết việc xử lý nƣớc thải sinh hoạt sử dụng quá trình sinh học, đây là phƣơng pháp có
hiệu quả và tiết kiệm trong việc loại bỏ chất ô nhiễm hữu cơ.

Tổng kết các quá trình chuyển hoá nitơ trong nƣớc thải bằng phƣơng pháp sinh
học đƣợc thê hiện trong bảng 2.5.
Bảng 2.5. Các phản ứng chuyển hóa sinh học của nitơ trong nước

vật lý)

3

4CO2 + HCO3- + NH4+ + H2O
 C5H7O2N + 5O2

Quang hợp, tự dƣỡng

Vi khuẩn, tảo

STT
1a

1b

Vi sinh vật
Vi khuẩn

Vi khuẩn

+

Nitrisomonas,
e.g.
4

NH4+ + 1,5O2 + 2HCO3- 

Nitritation

Nitrosocystics

4+5

NH4+ + 2O2 + 2HCO3- 

Nitrification

-

NO3 + 2CO2 + 3H2O

23

Nitrifying
bacteria


Chƣơng 2. Tổng quan

STT

6

Chƣơng 2. Tổng quan

Phản ứng

Quá trình


Nitrifying
bacteria

CANON

Planctomycetales

Denitrifying
7

3C + 2H2O + CO2 + 4NO2- 

heterotrofic
Denitritation

2N2 + 4HCO3-

10

bacteria
11
Heterotrophs:

6+7

Denitrification

2N2 + 4HCO3- + CO2

Bacillus

0,26NO3- + 0,066CH2O0, 5N0, 15
+2,03H2O

4HCO3-  2N2 + 7CO2 +
10H2O
4NH4+ + 8O2 + 5C +
4HCO3-  2N2 + 9CO2 +

3NH4+ + 3O2 + 3[H] 
1,5N2 + 3H+ + 6H2O

OLAND

Nitrosomonas

Quá trình NOx

Nitrosomonas
(Luzia Gut, 2006)

2.2.2.2. Quá trình Nitrate hoá
Quá trình nitrate hoá là quá trình oxy hoá hợp chất chứa nitơ, đầu tiên là
ammonia đƣợc chuyển thành nitrite sau đó nitrite đƣợc oxy hóa thành nitrate. Quá
trình nitrate hoá diễn ra theo 2 bƣớc liên quan đến 2 chủng loại vi sinh vật tự dƣỡng
Nitrosomonas và Nitrobacter.
Bƣớc 1: Ammonia đƣợc chuyển thành nitrite bởi loài Nitrosomonas
NH4+ + 1,5 O2 NO2- + 2 H+ + H2O

4NH4+ + 6O2 + 3C +
4+7

năng lƣợng tạo ra từ quá trình oxy hoá ammonia khoảng 66-84 kcal/mole ammonia và
từ oxy hoá nitrite khoảng 17,5 kcal/mole nitrite. Nitrosomonas và Nitrobacter sử dụng
năng lƣợng này cho sự sinh trƣởng của tế bào và duy trì sự sống. Tổng hợp 2 phản ứng
(2.1) và (2.2) đƣợc viết lại nhƣ sau:
NH4+ + 2 O2 NO3- + 2 H+ + H2O

(2.3)
+

removal
Khử nitơ truyền thống
(Traditional nitrogen

(2.1)

Bacteria

Từ phƣơng trình (2.3), lƣợng O2 tiêu thụ l 4,57gO2/gN-NH4 bị oxy hóa, trong
đó 3,43g/g sử dụng cho tạo nitrite và 1,14g/g sử dụng cho tạo nitrate, 2 đƣơng lƣợng
ion H+ tạo ra khi oxy hoá 1 mole ammonia, ion H+ trở lại phản ứng với 2 đƣơng lƣợng
ion bicarbonate trong nƣớc thải. Kết quả là 7,14 g độ kiềm CaCO3 bị tiêu thụ/g NNH4+ bị oxy hoá.
25


Chƣơng 2. Tổng quan

Chƣơng 2. Tổng quan

2.2.2.3. Quá trình khử nitrate


tính có thể đƣợc nâng cấp để có thể khử nitrogen và phosphorus hoặc BOD/COD ở lƣu
lƣợng lớn. Các vi khuẩn nuôi cấy tiêu hóa các chất hữu cơ hòa tan, từng bƣớc trƣởng
thành trong môi trƣờng đó.
MBBR là một dạng của quá trình xử lý nƣớc thải bằng bùn hoạt tính bởi lớp
màng sinh học (biofilm). Trong quá trình MBBR, lớp màng biofilm phát triển trên giá
thể lơ lửng trong lớp chất lỏng của bể phản ứng. Những giá thể này chuyển động đƣợc
trong chất lỏng là nhờ hệ thống sục khí cung cấp oxy cho nƣớc thải.

Quá trình khử nitrate đòi hỏi phải cung cấp nguồn carbon. Điều này có thể thực
hiện bằng một trong ba cách sau đây.
 Cấp nguồn carbon từ bên ngoài nhƣ methanol, nƣớc thải đô thị hoặc acetate.
 Sử dụng BOD của chính nƣớc thải làm nguồn carbon, thực hiện bằng cách.
 Tuần hoàn lại phần lớn nƣớc sau khi đã nitrate hoá đến vùng thiếu khí ở
vị trí đầu công trình.
 Dẫn một phần nƣớc thải thô đầu vào hay đầu ra sau xử lí sơ bộ vào vùng
chứa nitrate.
 Sử dụng nguồn carbon của chính tế bào do quá trình hô hấp nội sinh.
Độ kiềm sinh ra đƣợc tính từ cân bằng phản ứng sau (Mc.Carty, 1969).
NO3- + 1,08 CH3OH + 0,24 H2CO3 0,065 C5H7O2N+ 0,47 N2 + 1,44H2O + 0,76CO2 + OH−
Do đó, độ kiềm sinh ra 3,57mg CaCO3/mgNO−
3 bị khử khi gNO3 đƣợc sử dụng cho
tổng hợp tế bào. Trong nƣớc thải có sẵn ammonia thì độ kiềm sinh ra ít hơn do một

26

Hình 2.8a. Aerobic
Hình 2.8b. Anoxic reactor
reactor
Hình 2.8. Mô tả quá trình xử lý của bể MBBR.
Công nghệ MBBR là công nghệ kết hợp giữa các điều kiện thuận lợi của quá

Bảng 2.6. Thông số các loại giá thể Anox Kaldnes
STT

Loại giá thể

Chất liệu

Kích thƣớc
(DxL)

Diện tích hữu
dụng (m2/m3)

1

K1

Polyetylen

10mm x 7mm

500

2

K2

Polyetylen

15mm x 15mm


900

(Nguồn: Kaldnes Miljϕteknologi, 2001)
Nhân tố quan trọng của quá trình xử lý này là các giá thể động có lớp màng
biofilm dính bám trên bề mặt. Những giá thể này đƣợc thiết kế sao cho diện tích bề
mặt hiệu dụng lớn để lớp màng biofim dính bám trên bề mặt của giá thể và tạo điều
kiện tối ƣu cho hoạt động của vi sinh vật khi những giá thể này lơ lửng trong nƣớc.
Kaldnes Miljϕteknologi AS đã phát triển những giá thể động có hình dạng và
kích thƣớc khác nhau. Tùy thuộc vào đặc tính quá trình tiền xử lý, tiêu chuẩn xả thải
và thể tích thiết kế bể thì mỗi loại giá thể có hiệu quả xử lý khác nhau. Hiện tại trên thị
trƣờng thì có 5 loại giá thể khác nhau: K1, K2,K3, Natrix và Biofin Chip M. Thông số
các loại giá thể đƣợc trình bày ở bảng 2.6.

28

Natrix

Biofim Chip M

Hình 2.9. Các loại giá thể K1, K2, K3, Biofilm Chip M và Natrix-O.
Tất cả các giá thể có tỷ trọng nhẹ hơn so với tỷ trọng của nƣớc, tuy nhiên mỗi
loại giá thể có tỷ trọng khác nhau. Điều kiện quan trọng nhất của quá trình xử lý này là
mật độ giá thể trong bể, để giá thể có thể chuyển động lơ lửng ở trong bể thì mật độ giá
thể tối đa trong bể MBBR nhỏ hơn 67%. Trong mỗi quá trình xử lý bằng màng sinh
học thì sự khuyếch tán của chất dinh dƣỡng (chất ô nhiễm) ở trong và ngoài lớp màng
là nhân tố đóng vai trò quan trọng trong quá trình xử lý, vì vậy chiều dày hiệu quả của
lớp màng cũng là một trong những nhân tố quan trọng ảnh hƣởng đến hiệu quả xử lý.
Chiều dày của lớp màng trên giá thể động thông thƣờng phải nhỏ hơn 10m, điều này
có nghĩa là chiều dày của lớp màng rất mỏng để các chất dinh dƣởng khuếch tán vào

Hình 2.10. Sự phát triển của lớp màng biofilm ở bên ngoài ít hơn bên trong.
Hình 2.11. Mặt cắt lớp màng vi sinh trên giá thể K1.

2.3.3. Lớp màng biofilm
Lớp màng biofim là quần thể các vi sinh vật phát triển trên bề mặt giá thể.
Chủng loại vi sinh vật trong màng biofilm tƣơng tự nhƣ đối với hệ thống xử lý bùn
hoạt tính lơ lửng. Hầu hết các vi sinh vật trên màng biofilm thuộc loại dị dƣỡng (chúng
sử dụng cacbon hữu cơ để tạo ra sinh khối mới) với vi sinh vật tùy tiện chiếm ƣu thế.
Các vi sinh vật tùy tiện có thể sử dụng oxy hòa tan trong hỗn hợp nƣớc thải, nếu oxy
hòa tan không có sẵn thì những vi sinh vật này sử dụng Nitrit/Nitrat nhƣ là chất nhận
điện tử. Tại bề mặt của màng biofilm và lớp chất lỏng ứ động để phân lập lớp màng
biofilm với chất lỏng đƣợc xáo trộn trong bể phản ứng. Chất dinh dƣỡng và oxy
khuếch tán qua lớp chất lỏng ứ động từ hỗn hợp chất lỏng xáo trộn trong bể MBBR tới
lớp màng biofilm. Trong khi chất dinh dƣỡng và oxy khuếch tán thông qua lớp ứ đọng
tới lớp màng biofilm, sự phân hủy sinh học sản xuất ra những sản phẩm khuếch tán từ
lớp màng biofilm tới hỗn hợp chất lỏng đƣợc xáo trộn trong bể MBBR. Quá trình
khuếch tán vào và ra lớp màng biofilm vẫn tiếp tục xảy ra. Khi các vi sinh vật phát
triển, sinh khối phát triển và ngày càng dày đặc. Bề dày của sinh khối ảnh hƣởng đến
hiệu quả hòa tàn oxy và chất bề mặt trong bể phản ứng đến các quần thể vi sinh vật.

Những hoạt động vi sinh vật khác nhau xảy ra trong mỗi lớp màng này vì những
vi sinh vật đặc trƣng phát triển trong những môi trƣờng khác nhau trên biofilm. Ví dụ
nhƣ các vi sinh vật trong mỗi lớp màng biofilm sẽ có một mật độ thích hợp nhất đối
với môi trƣờng oxy hoặc cơ chất trong lớp màng này. Ở lớp màng phía trên của màng
biofilm khi nồng độ oxy hóa tan và nồng độ cơ chất cao thì số lƣợng vi sinh vật hiếu
khí sẽ chiếm ƣu thế. Ở lớp biofilm ở sâu hơn khi nồng độ oxy và cơ chất giảm thì
những vi sinh vật tùy tiện chiếm ƣu thế hơn những vi sinh vật khác . Trong những lớp
này, quá trình Nitrat hoát xảy ra khi Nitrat trở thành chất nhận điện tử đối với vi sinh
vật tùy tiện. Vì vậy, những vi sinh vật ở lớp màng biofilm hay dính bám trên bề mặt
giá thể sẽ bị ảnh hƣởng bởi sự khuyếch tán oxy và cơ chất giảm dần qua lớp màng. Khi

Hình 2.12. Nồng độ của chất nền theo chiều sâu lớp màng.
2.3.4 Các yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình xử lý bằng công nghệ MBBR
2.4.4.1. Giá thể
Diện tích thực tế của giá thể lớn, do đó nồng độ biofilm cao trong bể xử lý dẫn
đến thể tích bể nhỏ. Theo các báo cáo cho thấy, nồng độ biofilm dao động từ 3000 –
4000 gTSS/m3, tƣơng tự với những giá trị có đƣợc trong quá trình bùn hoạt tính với
tuổi bùn cao. Điều này đƣợc suy ra rằng, vì tải trọng thể tích trong MBBR cao hơn gấp
vài lần trong quá trình xử lý bằng bùn hoạt tính nên sinh khối sinh ra trong bể MBBR
cao hơn nhiều.

Một trong những nghiên cứu nhằm ƣớc lƣợng các loại khuẩn trong hệ thống lọc
sinh học nhỏ giọt đƣợc tiến hành bởi M. Hotchkiss năm 1923. Kết quả là đã tìm thấy
nhiều loại vi khuẩn khác nhau ở độ sâu khác nhau trong bể lọc. Các nhóm vi khuẩn
bao gồm: vi khuẩn khử nitrate, sulfate tạo thành từ protein, phân hủy anbumin, khử
sulfate, oxy hóa sulfite đƣợc tạo thành từ các protein nhiều nhất ở độ sâu 0,3m và giảm
dần qua lớp lọc; vi khuẩn khử sulfate hiện diện nhiều ở bề mặt và vi khuẩn oxy hóa
sulfua có nhiều nhất ở độ sâu 1,6m; các dạng vi khuẩn nitrit gia tăng theo độ sâu và có
số lƣợng lớn hơn các dạng vi khuẩn nitrate.
Môi trƣờng lớp gai bên ngoài

Mật độ của các giá thể trong bể MBBR nhỏ hơn 70% so với thể tích nƣớc trong
bể, với 67% là giá trị đặc trƣng. Tuy nhiên mật độ của giá thể đƣợc yêu cầu dựa trên
đặc tính của nƣớc thải và mục tiêu xử lý cụ thể. Thƣờng đƣợc sử dụng giá trị thấp hơn
67%.
2.4.4.2. Độ xáo trộn
Yếu tố khác có ảnh hƣởng đến hiệu suất là dòng chảy và điều kiện xáo trộn
trong bể xử lý. Độ xáo trộn thích hợp là điều kiện lý tƣởng đối với hiệu suất của hệ
thống. Lớp màng biofilm hình thành trên giá thể rất mỏng, phân tán và vận chuyển cơ
chất và oxy đến bề mặt biofilm. Vì vậy, lớp màng biofilm dày và mịn không đƣợc
mong đợi đối với hệ thống. Độ xáo trộn thích hợp có tác dụng loại bỏ những sinh khối

Hình 2.15. Các quy trình công nghệ tách sinh khối trong nước sau khi qua MBBR.
Tùy thuộc vào yếu tố bên ngoài nhƣ loại nƣớc thải, yêu cầu đầu ra mà ta có thể
kết hợp hệ MBBR với các hệ xử lý khác để đạt yêu cầu mong muốn:
 MBBR – settling: hệ MBBR kết hợp với một hệ lắng tiếp sau để tách bùn ra
khỏi nƣớc, bùn này có thể là dạng bùn lơ lửng hoặc lớp bong tróc từ màng trên
giá thể. Đây là quy trình truyền thống sử dụng MBBR.

Hình 2.14. Hệ MBBR khử hữu cơ và nitrogen.

 MBBR – coag./settling (also Actiflo): là hệ MBBR nối tiếp với hệ keo tụ và sau
đó là hoặc lắng để tách bùn dạng lắng đƣợc hoặc tuyển nổi để tách bùn dạng tỉ
trọng thấp. So với quy trình truyền thống trên thì quy trình này đòi hỏi hóa chất
và cả năng lƣợng nếu tuyển nổi nhƣng bù lại có thể áp dụng cho dạng ô nhiễm
cao và đòi hỏi chất lƣợng nƣớc ra ngay sau hệ lắng tốt.
 MBBR – media filtration: đây là quy trình áp dụng cho nƣớc sau MBBR có
hàm lƣợng SS không quá cao và chất lƣợng nƣớc đầu ra đạt tốt hơn hệ keo tụ lắng/tuyển nổi. Để đảm bảo hiệu quả lọc, ở đây có thể sử dụng thêm hóa chất
trợ lọc. Lọc ở đây có thể áp dụng lọc trọng lực, lọc áp lực, lọc nhanh...
 MBBR – microscreening (i.e. Disc filtration): quy trình áp dụng lƣợc tinh để
tách SS ra khỏi nƣớc sau hệ MBBR. Hệ này muốn ổn định vẫn phải cung cấp
hóa chất trợ lọc.

34

35