i
L IC M

N

hoàn thành t t bài lu n v n này, tôi đã nh n đ

c r t nhi u s đ ng viên,

giúp đ c a các cá nhân và t p th .
Tr
Hoa – Tr
đ

c tiên tôi xin đ
ng

c g i l i bi t n chân thành nh t t i TS. Tr n Th Hi n

i H c Xây D ng đã h

ng d n và t o đi u ki n t t nh t cho tôi

c tham quan nghiên c u và th c hi n lu n v n.
Tôi xin g i l i bi t n t i ban lãnh đ o tr

đi u ki n t t cho tôi h c t p và phát tri n.

ng

i h c Th y l i đã luôn t o


c ng nh nh ng ý ki n đóng góp c a b n bè và đ ng nghi p.
M t l n n a tôi xin chân thành c m n!
Hà N i, ngày

tháng 06 n m 2015
Tác gi

Nguy n Th Hoài


ii
B N CAM K T

Tên tác gi : Nguy n Th Hoài
H c viên cao h c: 21KTMT21
Ng

ih

ng d n: TS. Tr n Th Hi n Hoa
TS. Ph m Th Ng c Lan

Tên đ tài Lu n v n: “Nghiên c u
amôni cho n

ng d ng quá trình anammox đ x

lý


M CL C
L IC M

N ........................................................................................................ 1

B N CAM K T .................................................................................................... 1
DANH M C HÌNH V ......................................................................................... 1
U ................................................................................................................ 1

M

1. Tính c p thi t c a đ tài ................................................................................... 1
2. M c tiêu c a đ tài........................................................................................... 3
3.

it

ng và ph m vi nghiên c u .................................................................... 3

4. Cách ti p c n và ph

ng pháp nghiên c u ....................................................... 3

4.1. Cách ti p c n ............................................................................................ 3
4.2. Ph

ng pháp nghiên c u ........................................................................... 3

5. K t qu d ki n đ t đ
CH

1.4. Các công ngh đ x lý nit trong n c th i ng d ng quá trình anammox
trên th gi i ....................................................................................................... 15
1.5. Các công ngh đ x lý nit trong n c th i ng d ng quá trình anammox
Vi t Nam ........................................................................................................... 17
CH
NG 2: C S LÝ THUY T VÀ TH C NGHI M X LÝ NIT
TRONG N
C TH I SINH HO T B NG QUÁ TRÌNH ANAMMOX........ 20
2.1. Lý thuy t v quá trình anammox ................................................................. 20
2.1.1.

nh ngh a v quá trình anammox ........................................................ 20

2.1.2. C ch c a quá trình anammox ............................................................ 21
2.1.3. Các y u t

nh h

ng t i quá trình anammox ...................................... 22

2.1.3.1. nh h

ng c a DO ....................................................................... 22

2.1.3.2. nh h

ng c a pH và nhi t đ ...................................................... 23

2.1.3.3. N ng đ Amôni, Nitrit .................................................................. 23
2.1.3.4. N ng đ sinh kh i ........................................................................ 24

ng án và công ngh x lý .................................................................... 45

3.2.1. Hi n tr ng h th ng thoát n

c và x lý n

c th i khu v c: ................. 45

3.2.2. Xác đ nh thông s tính toán .................................................................. 45
3.2.3.
xu t s đ dây chuy n công ngh x lý amôni trong n c th i sinh
ho t cho tòa nhà (đi n hình – A6) Khu đô th Pháp Vân T Hi p ................. 47
3.2.4. So sánh l a ch n công ngh ................................................................. 53
3.3. Tính toán thi t k dây chuy n công ngh cho khu v c nghiên c u. ............. 54
3.3.1. Tính toán b t ho i: ............................................................................ 54
3.3.2. Tính toán b đi u hòa ........................................................................... 57
3.3.3. Tính toán b Aeroten............................................................................ 61
3.3.4. Tính toán b l ng đ ng......................................................................... 68
3.3.5. Tính toán b nitrit bán ph n / Anammox .............................................. 69
3.4. Khái toán kinh t theo ph

ng án l a ch n ................................................. 73

3.4.1. Khái toán chi phí xây d ng h th ng .................................................... 73
3.4.2. Khái toán chi phí qu n lý ..................................................................... 75
K T LU N VÀ KI N NGH ............................................................................. 78
TÀI LI U THAM KH O ................................................................................... 79


iv


c th i – Kênh oxi hóa tu n hoàn 13

Hình 1.8. S đ dây chuyên x lý Nit trong n

c th i – B SBR ......................... 14

Hình 1.9. Các giai đo n ho t đ ng trong b SBR ................................................... 14
Hình 2.1. S đ chu trình nit k t h p v i quá trình anammox .............................. 20
Hình 2.2. C ch sinh hoá gi thi t c a ph n ng Anammox ................................. 21
Hình 2.3. Hình nh vi khu n Anamox[13] ............................................................. 22
Hình 2.4. S đ chu trình nit truy n th ng ........................................................... 25
Hình 2.5. Mô t so sánh công ngh x lý nit theo ph

ng pháp truy n th ng và

Anammox .............................................................................................................. 27
Hình 2.6. V t li u mang Acrylin ............................................................................ 28
Hình 2.7. Thi t b thí nghi m ................................................................................. 29
Hình 2.8. Bùn nuôi c y. ........................................................................................ 30
Hình 2.9. B

n nhi t tùy ch nh ........................................................................... 30

Hình 2.10. Máy đo PH ........................................................................................ 30
Hình 2.11. Máy b m nhu đ ng ............................................................................ 31
Hình 2.12. Máy th i khí ...................................................................................... 31
Hình 2.13. Hình nh l p đ t mô hình ..................................................................... 31
Hình 2.14. S đ mô hình thí nghi m[3] ................................................................ 32


Hình 3.9. Chi ti t khung treo giá th v t li u dính bám .......................................... 72
Hình 3.10. M t c t b nitrit bán ph n /anammox ................................................... 73


vii
DANH M C B NG BI U
B ng 1.1. Các ph
B ng 2.1. S li u n

ng pháp x lý nit trong n

c th i .......................................... 10

c th i KTX sau khi x lý m t ph n qua b AnMBR [3] ...... 28

B ng 2.2. B ng giá tr bi n thiên n ng đ (v i HRT =24gi , DO= 1-1,5mg/l) ....... 33
B ng 2.3. B ng giá tr bi n thiên n ng đ (v i HRT =12gi , DO=0,65-0,95mg/l) . 35
B ng 2.4. B ng giá tr bi n thiên n ng đ (v i HRT =12gi , DO 0,5mg/) ........... 36
B ng 2.5. B ng giá tr bi n thiên n ng đ (v i HRT =10gi , DO 5mg/l) ............. 37
B ng 3.1. B ng th ng kê các ch tiêu s d ng đ t. ................................................. 43
B ng 3.2. Thành ph n tính ch t n

c th i đ u vào ................................................. 46

B ng 3.3. Giá tr các thông s ô nhi m làm c s tính giá tr t i đa cho phép ....... 47
B ng 3.4. So sánh các ph

ng pháp x lý nit b ng quá trình anammox ............... 53

B ng 3.5. Thông s thi t k b đi u hòa ............................................................... 60


COD

Chemical Oxygen Demand

DO

Dissolved oxygen

HRT

Hydraulic RetentionTime

NOB

Nitrite oxidation bacteria

TAN

Total Ammonium Nitrogen

T-N

Total nitrogen

TSS

Total Suspended Solid

SNAP


ng th i l n.

c tính l u l

ng n

c th i trung bình c a thành ph quy mô

20 v n dân kho ng 40.000 - 60.000 m3/ngày. N m 2005, t i thành ph Hà N i t ng
l

ng n

c th i kho ng 500.000 m3/ngày [4].

th ng thoát n

i v i n

c th i c a m t s h

c riêng c a khu dân c , chung c m i quy ho ch thì hàm l

ng

amôni khá cao kho ng l n h n 100mg/l [9].
i v i nhi u lo i n

c th i có hàm l

c nh oxy trong không khí chuy n amôni thành các nitrat

(NO3- ), nitrit (NO2- ) tích t trong n

c n. Khi n u ng n

c có ch a nitrit, c th

s h p thu nitrit vào máu và ch t này s tranh oxy c a h ng c u làm Hêmoglobin
m t kh n ng l y oxy, d n đ n tình tr ng thi u máu, xanh da. Vì v y, nitrit đ c bi t
nguy hi m cho tr m i sinh d
b nh

đ

ng hô h p.

i sáu tháng, nó có th làm ch m s phát tri n, gây

i v i ng

i l n, nitrit k t h p v i các axit amin trong th c

ph m làm thành m t h ch t Nitrosamin. Nitrosamin có th gây t n th

ng di

truy n t bào – nguyên nhân gây b nh ung th . Nh ng thí nghi m cho nitrit vào
th c n, n


c là hàm l

ng nit trong n

ng N-NH4+ không l n 10mg/l v i ngu n lo i B.

ng pháp x lý Nit g m ph

ng pháp sinh h c. Nh ng ph

và thân thi n v i môi tr

c th i. Theo

ng là ph

ng pháp hóa h c, ph

ng

ng pháp nh m ti t ki m chi phí

ng pháp dùng vi sinh v t. Quá trình oxi hóa

amôni y m khí (Anaerobic ammonium oxidation - Anammox), trong đó, amôni và
nitrit đ

c oxi hóa m t cách tr c ti p thành khí N2 d

i đi u ki n y m khí v i

ng qu c l 1A và 1B, phía B c có đ

ông giáp công viên Yên S .

cđ ut

ng vành đai 3 ch y qua,

xây d ng n m 2002 nay đã hoàn

thành và đi vào ho t đ ng. Vi c tính toán thi t k h th ng x lý n
nâng cao kh n ng x lý Amôni cho n
T Hi p nói riêng, hay khu đô th
v h t ng k thu t và t o môi tr

c th i sinh ho t) cho khu đô th Pháp Vân –

Vi t Nam tr nên c p thi t h n nh m đ ng b
ng s ng ch t l

V i nh ng lý do trên thì vi c nghiên c u đ
lý amôni trong n

c th i sinh ho t

phát tri n m r ng l nh v c x lý n
môi tr
l

c th i (đ c bi t


Vi t Nam

c dây chuy n công ngh x lý n

c th i sinh ho t quy mô nh

ng

d ng quá trình Anammox đ x lý amôni thông qua quá trình nghiên c u th c nghi m.
Tính toán thi t k dây chuy n công ngh x lý n

c th i sinh ho t cho khu đô

th Pháp Vân – T Hi p ng d ng quá trình Anammox đ x lý amôni
3.

it

ng và ph m vi nghiên c u
it

-

ng nghiên c u: N

c th i sinh ho t có n ng đ amôni cao

Ph m vi nghiên c u: Khu đô th Pháp Vân – T Hi p.


c th i sinh ho t.

Ti p c n đáp ng nhu c u: tính toán, đánh giá nhu c u n

c sinh ho t.

ng pháp nghiên c u
Ph

ng pháp t ng h p lý thuy t: Thu th p các thông tin, tài li u đã

nghiên c u v quá x lý amôni b ng quá trình anammox trên Th gi i và
Vi t Nam; Thu th p, phân tích tài li u hi n tr ng c a khu v c nghiên c u; So
sánh lý thuy t v i th c t .
-

Ph

ng pháp k th a: k th a các nghiên c u v mô hình thí nghi m,

đi u ki n t nhiên c a khu v c.


4

-

Ph

ng pháp chuyên gia

c th i sinh ho t ng d ng quá trình anammox đ x lý amôni trong

n

c th i khu đô th Pháp Vân – T Hi p.


5
CH

NG 1: T NG QUAN V CÔNG NGH X

N

C TH I SINH HO T TRÊN TH GI I VÀ

1.1. T ng quan v hi n tr ng x lý n
Ô nhi m môi tr
H uh tn

ng n

c th i sinh ho t c ng nh n

c m t, n

c th i sinh ho t

TRONG


ng

ng do n

ng đánh giá đang

c th i sinh ho t …[2]

c th i sinh ho t gây ra đ

c các chuyên gia môi

m c r t nghiêm tr ng, th c tr ng này đã đ

nhi u báo cáo c a B Tài nguyên và Môi tr

c th hi n trong

ng, c a các y ban b o v môi tr

ng

l u v c: sông C u, sông áy, sông Nhu và sông

ng Nai, báo cáo c a các S Tài

nguyên Môi tr

c và t th c t quan sát đ


t t 5-10 l n, th m chí 20 l n tiêu chu n cho phép. T i các vùng nông thôn, các

c m dân c (làng, xã) tình hình v sinh môi tr

ng còn đáng lo ng i h n. Ph n l n

các gia đình không có nhà xí h p v sinh. H u h t n
ra môi tr

c th i sinh ho t th i tr c ti p

ng t nhiên.

V tình tr ng ô nhi m n

c

nông thôn và khu v c s n xu t nông nghi p, hi n

nay Vi t Nam có g n 76% dân s đang sinh s ng
còn l c h u, ph n l n các ch t th i c a con ng

nông thôn là n i c s h t ng

i và gia súc không đ

th m xu ng đ t ho c b r a trôi, làm cho tình tr ng ô nhi m ngu n n

c x lý nên
cv m th u


ng, không có kinh phí... mà nhi u tr m x lý sau m t th i gian

ng n ho t đ ng đã xu ng c p và ng ng ho t đ ng
Gi i pháp x lý n

c th i phân tán cho t ng c m gây ô nhi m v i các công

ngh có chi phí đ u t th p, v n hành đ n gi n và thân thi n v i môi tr
gi i pháp thích h p, kh thi đ i v i đi u ki n kinh t n

ng là m t

c ta hi n nay. Nh m gi m

t i ô nhi m đ i v i các khu v c th i tr c ti p ra sông h , hay gi m áp l c và chi phí
x lý đ i v i tr m x lý t p trung

Hình 1.1. Hình nh khu x lý n

c th i khu đô th Hapulico


7

Hình 1.2. Hình nh khu x lý n
thu c khu ngh d
1.2.

nh h

c th i riêng. N

c th i sinh ho t đô th , công nghi p, làng ngh

b t bu c ph i x lý đ t tiêu chu n môi tr
Khuy n khích tái s d ng n

ng tr

c khi x ra ngu n ti p nh n.

c th i đã qua x lý đ ph c v cho các m c đích khác,

đ ng th i ng h vi c phát tri n các công ngh x lý n
thân thi n v i môi tr

c th i có hi u qu cao và

ng.

Áp d ng công ngh x lý n

c th i phù h p: Công ngh x lý n

c th i c n c

vào đi u ki n c th c a t ng đô th đ áp d ng công ngh hi n đ i ho c đ n gi n,
phù h p v i yêu c u ngu n ti p nh n và đi u ki n kinh t -xã h i.
có c s qu n lý và th c hi n các m c tiêu thoát n


hành quy chu n n
-

N

c đô th , khu công nghi p, t các h thoát
ng ban

c th i x ra ngu n ti p nh n.

c th i t các h thoát n

c x vào h th ng thoát n

nghi p ph i b o đ m các quy chu n n
c quan nhà n

ng do

c đô th , khu công

c th i x vào h th ng thoát n

c do

c có th m quy n quy đ nh.

Ngoài ra B Tài Nguyên và Môi tr

ng còn ban hành các tiêu chu n và Quy

khác có liên quan đã đ

c c p có th m quy n phê duy t.

M c tiêu quy ho ch:
-

Phân vùng, l u v c tiêu thoát n
l

ng n

c. D báo yêu c u thoát n

c th i đô th ; xác đ nh ph

ng án thoát n

c m a và t ng

c, x lý n

c th i theo

t ng l u v c đô th .
-

T ng b

c kh c ph c tình tr ng ng p úng khu v c đô th v i l


n

c chung đã có và xây d ng m i m ng l

i thu gom n

i thoát

c th i đ đ a n

c

th i v nhà máy x lý t p trung c a t ng l u v c.
-

Khu v c đô th trung tâm phía Nam sông H ng (thu c khu v c t H u Nhu
đ n sông

áy và m t ph n l u v c T Nhu còn l i) đ

v c; Khu v c đô th phía B c sông H ng đ
th v tinh, đô th Qu c Oai đ
th i: T ng b
và n

c xây d ng hoàn thi n h th ng thoát n
c phát tri n m ng l

thu gom v nhà máy x lý n


d án đ u t xây d ng đáp ng yêu c u thu gom toàn b n
máy x lý n

cm a

c th i bao g m các tr m b m chuy n b c, các tuy n

c ng bao và gi ng tách n
ho ch v h

c riêng cho n

c

c th i đ i v i các khu đô th c xen

chu n, quy chu n k thu t theo quy đ nh tr
-

c chia thành 13 l u v c; các đô

c chia thành 10 l u v c thu gom và x lý n

c th i. C i t o h th ng thu gom n

l n; t ng b

c chia thành 11 l u


trong n

c th i đã đ

c nghiên c u và ng d ng.

ng pháp x lý nit


10

B ng 1.1. Các ph
Các ph

ng pháp x lý

ng pháp x lý nit trong n

c th i

Hi u su t x lý nit ( % )

Hi u su t
x lý %

Nit d ng h u c

NH3 ;NH4

B cI


ng pháp sinh h c

Vi khu n h p th Nit

0

40-70%

Hi u su t th p

30-70%

Quá trình kh nitrat

0

0

80-90%

70-95%

Thu ho ch t o
Quá trình nitrat hoá

Ch y u chuy n X lý b i quá Tách b ng các quá
hoá thành NH3 ; trình
làm trình nitrat và kh
NH4+

0

80-95%

ông t hoá h c

50-70%

Hi u su t th p

Hi u su t th p

20-30%

Cacbon dính bám

30-50%

Hi u su t th p

Hi u su t th p

10-20%

Trao đ i ion có ch n l c Hi u su t th p,
v i Amôni
kém n đ nh
Trao đ i ion có ch n l c
Hi u su t th p
v i Nitrat


50-90%

K t t a b ng đ n c c

100% N d ng c n
h uc

30-50%

30-50%

40-50%

Th m th u ng

60-90%

60-90%

60-90%

80-90%

c


11
Qua b ng phõn tớch v ỏnh giỏ hi u qu x lý nit , ta th y vi c x lý nit b ng
ph

Có thể bổ sung nguồn cácbon hữu cơ

Aeroten (XLSH hoàn toàn
hay thổi khí kéo dài)
+ Ôxy hóa hiếu khí chất hữu cơ

Anoxic

Bể lắng

Nước thải sau xử lý

+ Khử nitrat hóa

+ Nitrat hóa
Bùn tuần hoàn
NO3

Bùn dư

Hỡnh 1.4. S dõy chuyờn x lý Nit trong n

c th i - ph n nitrat húa

Kh nitrat (Oxi húa h p ch t h u c trong i u ki n k khớ) nitrat húa (x lý
b c 2)
Cấp khí

Nước thải sau xử lý bậc I


Anoxic

BÓ l¾ng

N­íc th¶i sau xö lý

B
Aerobic

Bïn tuÇn hoµn

Bïn d­

C2

A
Aerobic

B
N­íc th¶i sau xö lý bËc I

BÓ l¾ng

Aerobic

N­íc th¶i sau xö lý

Bïn tuÇn hoµn

Bïn d­

B
Aerobic

Bïn tuÇn hoµn

Bïn d­

Hình 1.6. S đ dây chuyên x lý Nit trong n

c th i – K t h p 2 quá trình


13
- Kênh ôxy hoá tu n hoàn

Hình 1.7. S đ dây chuyên x lý Nit trong n

c th i – Kênh oxi hóa tu n

hoàn
Kênh ôxy hoá tu n hoàn ho t đ ng theo nguyên lý th i khí bùn ho t tính kéo
dài. Quá trình th i khí đ m b o cho vi c kh BOD và n đ nh bùn nh hô h p n i
bào. Vì v y bùn ho t tính d ít gây hôi th i và kh i l
Các ch t h u c trong công trình h u nh đ

ng gi m đáng k .

c ôxy hoá hoàn toàn, hi u qu kh

BOD đ t 8595%. Trong vùng hi u khí di n ra quá trình ôxy hoá hi u khí các ch t

- Aerôten ho t đ ng gián đo n theo m (h SBR)


14

Nước thải
vào

Bể lắng
cát

Bể lắng
đợt một

Bể SBR 1

Bể SBR 2

Xả bùn hoạt tính dư

Khử trùng

Xả nước thải ra sông, hồ

Hỡnh 1.8. S dõy chuyờn x lý Nit trong n

c th i B SBR

Cỏc giai o n ho t ng di n ra trong m t ng n bao g m: lm y n
th i khớ, l ng t nh, x n

c m t, khi cho n

tớnh l u l i t chu k tr

c th i vo b , n

c. Sau y h n h p n

c th i

c tr n v i bựn ho t

c th i v bựn

c s c khớ

b

c

hai v i th i gian th i khớ ỳng nh th i gian yờu c u. Quỏ trỡnh di n ra g n v i i u
ki n tr n hon ton v cỏc ch t h u c

c ụxy hoỏ trong giai o n ny. B

c th


15
ba là quá trình l ng bùn trong đi u ki n t nh. Sau đó n


ng c n l

l ng t 3 đ n 25 mg/l và N-NH3 kho ng t 0,3 đ n 12 mg/l.
H th ng aerôten ho t đ ng gián đo n SBR có th kh đ
sinh hoá do có th đi u ch nh đ

c nit và ph t pho

c các quá trình hi u khí, thi u khí và k khí trong

b b ng vi c thay đ i ch đ cung c p ôxy
1.4. Các công ngh đ x lý nit trong n

c th i ng d ng quá trình

anammox trên th gi i
Cho t i gi a nh ng n m 90, s oxy hóa c a Amôni đ
d

c bi t đ n là ch x y ra

i đi u ki n k khí nh ng s t n th t Nit trong su t quá trình ngày càng đ

th y rõ. D

i đi u ki n gi i h n oxy, m t ph n đáng k t i l

trong h th ng x lý n


mô hình hóa toán h c và phân tích vi sinh r ng Nitrit t o thành trong các l p màng
l c sinh h c hi u khí g n đ n b m t khu ch tán vào l p sâu thi u khí bên trong c a
màng sinh h c, t i đó nó ph n ng v i amôni còn l i đ hình thành khí Nit [15]
Quá trình này đ

c phát h n đ u tiên trong b ph n ng kh Nitrat hóa có giá

th di đ ng x lý n

c th i t b ph n ng sinh khí metan tuy nhiên s t n t i c a

quá trình oxyhóa Amôni k khí đã t ng đ

c d đoán t tr

c đó h n 2 th p k

trong các tính toán nhi t đ ng h c c b n. Trong m t b ph n ng fluidised-bed