B

GIÁO D C VÀ ÀO T O
B NÔNG NGHI P VÀ PTNT
TR
NG
I H C TH Y L I

PHAN THANH H I

NGHIÊN C U

XU T CÔNG NGH MBBR X

LÝ N

TH I SINH HO T VÀ D CH V QUY MÔ NH

LU N V N TH C S

Hà N i – 2015

C


PHAN THANH H I

LU N V N TH C S

HÀ N I – 2015



NG

IH
NG D N KHOA H C
PGS.TS OÀN THU HÀ

Hà N i - 2015

C


i

L IC M
Sau m t th i gian h c t p và nghiên c u, d
oàn Thu Hà, đ

cs

N
is h

ng d n t n tình c a PGS.TS

ng h đ ng viên c a gia đình, b n bè, đ ng nghi p, cùng v i

s n l c ph n đ u c a b n thân, tác gi đã hoàn thành đ tài: “Nghiên c u đ xu t
công ngh MBBR x lý n


i h c Th y l i, các th y giáo, cô

c, các th y cô giáo các b môn đã truy n đ t

nh ng ki n th c chuyên môn trong su t quá trình h c t p.
Cu i cùng, tác gi xin g i l i c m n sâu s c t i gia đình, b n bè và đ ng
nghi p đã đ ng viên, giúp đ và khích l tác gi trong su t quá trình h c t p và
hoàn thành Lu n v n.
Xin chân thành c m n!
Hà N i, ngày …. tháng …. n m 2015
Tác gi

Phan Thanh H i


ii

B N CAM K T
Tên tác gi

: Phan Thanh H i

H c viên cao h c

: 19CTN

Ng

: PGS.TS oàn Thu Hà


M C L C ............................................................................................................................. i
DANH M C CÁC HÌNH V ............................................................................................ ix
DANH M C CÁC KÝ HI U, CH
CH

NG M

VI T T T .............................................................. x

U............................................................................................................ 1

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

it

ng và ph m vi nghiên c u c a đ tài ............................................ 3

4. N i dung nghiên c u ................................................................................. 3
5. Ph
CH

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

NG 1 .......................................................................................................................... 4

T NG QUAN V N
LÝ N


ng ................................................................................. 8

1.1.3. Tính ch t hoá h c ............................................................................ 8
1.1.3.1. Các h p ch t h u c trong n

c th i ....................................... 8

1.1.3.2. Các h p ch t vô c trong n

c th i ......................................... 9

1.1.4. Tính ch t sinh h c ........................................................................... 9
1.2. HI N TR NG Ô NHI M VÀ TÌNH HÌNH X

LÝ N

C TH I

SINH HO T Ô TH ................................................................................. 10


iv

1.2.1. Hi n tr ng ô nhi m n

c th i sinh ho t t i khu v c đô th t i Vi t

Nam ......................................................................................................... 10
1.2.2. Tình hình x lý n


1.3.2.5. Kh trùng n

ng ra kh i n

c th i................. 19

c th i ............................................................... 19

1.3.2.6. X lý bùn c n n

c th i ......................................................... 19

1.3.3. M t s công ngh x lý n
1.3.3.1. Các công ngh x lý n

c th i sinh ho t: ................................ 19
c th i sinh ho t b ng ph

ng pháp

l c sinh h c ......................................................................................... 19
1.3.3.2. Các công ngh x lý n

c th i sinh ho t b ng ph

ng pháp

bùn ho t tính ........................................................................................ 21
1.4. TÌNH HÌNH


C

S

LÝ THUY T VÀ TH C TI N L A CH N CÔNG NGH

X

LÝ N

C

TH I ................................................................................................................................... 27

2.1. C CH CHUY N HÓA SINH H C CÁC CH T B N H U C
VÀ CÁC CH T DINH D

NG B NG PH

NG PHÁP X

LÝ SINH

H C ............................................................................................................ 27
2.1.1. C ch chuy n hóa sinh h c các ch t b n h u c trong các công
trình XLNT.............................................................................................. 27
2.1.1.1. C ch phân h y hi u khí các ch t h u c trong đi u ki n hi u
khí ........................................................................................................ 29
2.1.1.2. C ch phân h y k khí các ch t h u c trong đi u ki n y m
khí ........................................................................................................ 30


2.3.2.1. Nguyên t c ho t đ ng ............................................................ 39
2.3.2.2. C u t o m

ng oxy hóa tu n hoàn ........................................ 39

2.3.2.3. Hi u qu x lý Nit , Ph tpho và u, nh

c đi m ................. 40

2.3.3. XLNT b ng b Aeroten ho t đ ng gián đo n theo m (SBR) ...... 41


vi

2.3.3.1. Nguyên t c ho t đ ng c a b SBR ........................................ 41
2.3.3.2. Hi u qu x lý Nit , Ph tpho .................................................... 43
2.3.4. XLNT b ng công ngh C-TECH .................................................. 43
2.3.5. XLNT b ng công ngh MBBR ..................................................... 45
2.3.5.1. Lý thuy t v công ngh MBBR ............................................. 45
a.Giá th di đ ng ..................................................................................... 46
b.L p màng Biofilm ................................................................................ 49
2.3.5.2.

u nh

c đi m và ph m vi áp d ng công ngh MBBR........ 50

2.4. TH C TI N L A CH N CÔNG NGH XLNT SINH HO T ........ 51
2.4.1.So sánh MBBR v i m t s công ngh khác .................................. 51

XU T DÂY CHUY N CÔNG NGH MBBR

TH I SINH HO T VÀ D CH V CHO CHUNG C

X

LÝ N

C

CAO T NG NHÀ

C – LÔ CT3 LINH ÀM – HÀ N I .......................................................... 56
3.4.TÍNH TOÁN THI T K CÔNG TRÌNH ............................................ 59
3.4.1. B đi u hòa ........................................................................................ 59
3.4.2. B giá th di đ ng MBBR ................................................................. 60
3.4.2.1. Th tích làm vi c c a b : ........................................................... 61


vii

3.4.2.2. L

ng bùn sinh ra do kh BOD 5 : .............................................. 62

3.4.2.3. Các thông s v đ m plastic: ..................................................... 63
3.4.2.4. Ki m tra ch tiêu làm vi c c a b : ............................................. 63
3.4.2.5. Xác đ nh l

ng ôxy c n thi t cho quá trình x lý: .................... 63

B ng 1.3. Kh i l

c th i sinh ho t khu dân c ..................................... 6

ng ch t b n có trong n

c th i sinh ho t, g/ng

B ng 1.3. N ng đ các ch t ô nhi m trong n
B ng 1.4. Ph m vi ng d ng các ph
B ng 1.5. H th ng các ph

c th i sau các b

ng pháp x lý sinh h c n

i.ngày .... 7

c x lý...... 15
c th i ...... 17

ng pháp và công trình x lý sinh h c n

B ng 1.6. T ng h p các công trình XLNT b ng ph

c th i17

ng pháp sinh h c

trong đi u ki n t nhiên và nhân t o ............................................................... 24



ix

DANH M C CÁC HÌNH V
Hình 1.1. Thành ph n các ch t b n trong n
Hình 1.2 Ô nhi m n
Hình 1.3. Các b

c th i sinh ho t.......................... 7

c sông t i các đô th l n .............................................. 11

c x lý n

c th i sinh ho t ................................................ 15

Hình 1.4. S đ đ a l c sinh h c ..................................................................... 20
Hình 1.5. Nguyên lý quá trình XLNT b ng ph

ng pháp bùn ho t tính ........ 22

Hình 2.1. S đ cân b ng BOD trong công trình XLNT b ng
ph

ng pháp sinh h c hi u khí ....................................................................... 27

Hình 2.2. S đ t ng quát quá trình chuy n hoá ch t b n trong công trình
XLNT b ng ph



x

DANH M C CÁC KÝ HI U, CH

VI T T T

Ký hi u

Ti ng Anh

Ti ng Vi t

MBBR

Moving Bed Biofilm Reactor

Công ngh màng vi sinh t ng
chuy n đ ng

BOD

Biochemical Oxygen Demand

Nhu c u ôxy sinh hóa

COD

Chemical Oxygen Demand


TCVN

Tiêu chu n Vi t Nam

XLNT

X lý n

c th i

ng


1

CH

NG M

U

1. S c p thi t c a đ tài
Con ng

i khai thác các ngu n n

c t nhiên đ cung c p n

c cho các nhu


Trong x lý n c th i sinh ho t, các ph ng pháp x lý sinh h c đã đ c
nghiên c u và ng d ng r ng rãi trên th gi i nói chung và Vi t Nam nói riêng,
trong đó ph bi n nh t là các b Aeroten, Biophil. n c ta, cho đ n g n đây v n
ch y u ng d ng b Aeroten đ x lý n c th i sinh ho t. Hi n nay, t i Vi t Nam
có r t nhi u các d án đ u t xây d ng các công trình thoát n c và v sinh v i
nhi u ngu n v n khác nhau và ch y u đ c th c hi n t i các đô th l n nh : d án
thoát n c Thành ph Hà N i, d án c i t o và xây d ng h th ng thoát n c
Thành ph V ng Tàu, Thành ph H Chí Minh, d án c i thi n môi tr ng n c
thành ph Hu , d án b o v môi tr ng thành ph H Long, d án thoát n c và


2

v sinh thành ph
đang đ

à N ng… nên có r t nhi u công ngh x lý n

c th i khác nhau

c ng d ng đ ng th i t i Vi t Nam.

Tuy nhiên, các công ngh x

lý n

c th i ki u c đi n (Aeroten, Biophil, h

sinh h c, ...) đã có nhi u k t qu t t, đ t đ


ng và ph m vi nghiên c u c a đ tài
ng nghiên c u
i t ng nghiên c u: Công ngh x lý n c th i MBBR.

b. Ph m vi nghiên c u
Ph m vi nghiên c u: Nghiên c u, đ xu t công ngh x lý n
sinh ho t và d ch v quy mô nh cho các khu đô th t i Hà N i.

c th i

4. N i dung nghiên c u
Lu n v n g m 05 ch ng và ph n tài li u tham kh o, ph l c:
-M đ u
- Ch ng 1: T ng quan v n c th i sinh ho t, d ch v và ph ng pháp x lý
n

c th i b ng công ngh MBBR.
- Ch ng 2: C s lý thuy t và th c ti n l a ch n công ngh XLNT.
- Ch ng 3:
xu t dây chuy n công ngh MBBR đ x lý n c th i và d ch

v cho m t khu đô th t i Hà N i.
- Ch ng 4: K t lu n và ki n ngh
5. Ph ng pháp nghiên c u
Lu n v n s d ng các ph ng pháp sau:
1. Ph ng pháp t ng h p lý thuy t:
- Thu th p các thông tin, tài li u đã nghiên c u v h th ng MBBR trên th
gi i và Vi t Nam.
- Tính toán th nghi m cho m t khu đô th Hà N i.
- Phân tích các thông tin thu th p đ c đ vi t lu n v n.


k các ch t dinh d ng (nit và photspho). N c đen có th đ c ti p t c tách ra
thành phân và n c ti u, n c ti u đ c g i là n c vàng và phân v i n c đ c
g i là n c nâu. N c xám bao g m n c t phòng t m, ch u r a và t b p.
Theo Quy chu n k thu t Qu c gia v n c th i sinh ho t QCVN
14:2008/BTNMT, “n c th i sinh ho t là n c đã đ c s d ng cho các m c đích
n u ng, sinh ho t, t m r a, v sinh nhà c a,… c a các khu dân c , công trình công
c ng, c s d ch v ,… Nh v y, n c th i sinh ho t đ c hình thành trong quá
trình sinh ho t c a con ng i. M t s các ho t đ ng d ch v ho c công c ng nh
b nh vi n, tr ng h c, nhà n,… c ng t o ra các lo i n c th i có thành ph n và
tính ch t t ng t nh n c th i sinh ho t.”
N c th i t nhà v sinh đ c g i là n c đen, ch t r n trong n c th i sinh
ho t ch y u là đây. Trong đây ch a m t s l ng đáng k các ch t dinh d ng
(nit và photspho).
n

N c th i t vòi hoa sen, ch u r a tay, b n t m, ch u r a bát.....đ c g i là
c xám, chi m đ n 50-75% l ng n c th i trong h gia đình. So v i n c th i

đen, n c th i xám có n ng đ ô nhi m th p h n v ch t h u c (BOD5, COD),
ch t dinh d ng (N,P) và m m b nh h n.
L ng n c th i sinh ho t c a khu dân c đ c xác đ nh trên c s n c
c p. Tiêu chu n n c th i sinh ho t c a các khu dân c đô th th ng t 100 ÷ 250
l/ng i.ngày (đ i v i các n c đang phát tri n) và t 150 ÷ 500 l/ng i.ngày (đ i
v i các n c phát tri n). n c ta hi n nay, tiêu chu n c p n c dao đ ng t 120 ÷
180 l/ng i.ngày. i v i khu v c nông thôn, tiêu chu n c p n c sinh ho t t 50 ÷
100 l/ng i.ngày. Thông th ng tiêu chu n n c th i sinh ho t l y b ng 90 ÷ 100%
tiêu chu n c p n c. Ngoài ra, l ng n c th i sinh ho t c a khu dân c còn ph



ng ch t b n m t ng
Các đ i l

i trong m t ngày x vào h th ng thoát n

ng

Kh i l

ng (g/ng

Ch t r n l l ng

60 ÷ 65

BOD 5 c a n

c th i đã l ng

30 ÷ 35

BOD 5 c a n

c th i ch a l ng

65

Nit c a mu i amôni (N-NH 4 )

8

55 ÷ 65% t ng l ng ch t b n), ch a nhi u vi sinh v t, trong đó có vi sinh v t gây
b nh.
ng th i trong n c th i còn có nhi u vi khu n phân hu ch t h u c c n
thi t cho các quá trình chuy n hoá ch t b n trong n c. Thành ph n n c th i sinh
ho t ph thu c vào tiêu chu n c p n c, đ c đi m h th ng thoát n c, đi u ki n
trang thi t b v sinh,… Thành ph n n c th i sinh ho t khu dân c đ c nêu trong
b ng 1.2.


6
B ng 1.2. Thành ph n n
Ch tiêu

c th i sinh ho t khu dân c
Trong kho ng

Trung bình

350-1.200

720

- Ch t r n hoà tan (TDS), mg/l

250-850

500

- Ch t r n l l ng (SS), mg/l


0-0,1

0,05

- Nit Nitrat, mg/l

0,1-0,4

0,2

Clorua, mg/l

30-100

50

50-200

100

50-150

100

T ng ch t r n (TS), mg/l

ki m, mgCaCO 3 /l
T ng ch t béo, mg/l
T ng Ph t pho, mg/l
(Ngu n: PGS.TS. Tr n

c th i

N c th i là h đa phân tán bao g m n c và các ch t b n. Các lo i
c th i sinh ho t có ngu n g c t các ho t đ ng c a con ng i. Theo Stroganov

X.N., các nguyên t ch y u tham gia trong thành ph n n c th i là cacbon, hydro,
ôxy và nit ng v i công th c trung bình C 12 H 26 O 6 N. Các ch t b n trong n c th i
có các thành ph n h u c và vô c , t n t i d

i d ng c n l ng, các ch t r n không


7

l ng đ

c là các ch t hoà tan và d ng keo. Thành ph n ch t b n trong n

sinh ho t đ

c bi u th theo s đ hình 1.1.
N

c th i sinh ho t

99,9%

0,1%

c

trong m t ngày đ

ng ch t b n do m t ng

Kim lo i

c th i sinh ho t

i th i vào n

c th i sinh ho t

c xác đ nh theo b ng 1.3.

B ng 1.3. Kh i l
Thành ph n

Mu i

Cát

ng ch t b n có trong n

c th i sinh ho t, g/ng

i.ngày

C n l ng

Ch t r n không tan


125

180

(Ngu n: PGS.TS. Tr n
Hà N i)

c H (2006), X lý n

c th i đô th , NXB Khoa h c và K thu t,

T ng ch t r n là thành ph n v t lý đ c tr ng c a n c th i. Các ch t r n
không hoà tan có hai d ng: ch t r n keo và ch t r n l l ng. Ch t r n l l ng (SS)
đ

c gi l i trên gi y l c kích th

và ch t r n l l ng không l ng đ

c l 1,2 µm, bao g m ch t r n l l ng l ng đ

c

c.

1.1.2.2. Màu

th


th i do s t o thành khí H 2 S.
1.1.2.5. Nhi t đ
Nhi t đ c a n

c th i th

ng cao h n so v i nhi t đ c a ngu n n

c s ch

ban đ u, b i vì có s gia nhi t vào n c t các đ dùng trong gia đình và các máy
móc thi t b công nghi p. Tuy nhiên, chính nh ng dòng n c th m qua đ t và l ng
n c m a đ xu ng m i là nhân t làm thay đ i đáng k nhi t đ c a n c. Khi
nhi t đ c a n c t ng lên s nh h ng đ n kh n ng hoà tan ôxy trong n
đ ho t đ ng c a các vi khu n trong n c th i.
1.1.2.6. L u l

c, t c

ng

L u l ng n c th i c ng đ c xem là m t trong nh ng đ c tính v t lý c a
n c th i, có đ n v là m3/ngày. Khi thi t k h th ng x lý n c th i sinh ho t, l u
l ng đ c tính theo l ng n c th i bình quân đ u ng i. L u l ng n c th i
luôn thay đ i trong ngày.
1.1.3. Tính ch t hoá h c
Tính ch t hoá h c c a n
h u c và h p ch t vô c .

c th i th


bicacbonat, cacbonat và hydroxit.
ki m th c ch t là môi tr
trung tính) c a n c th i trong su t quá trình x lý sinh hoá.
n

 Clo: Clo t n t i trong n c th i ch y u
c th i th ng cao h n trong n c nguyên ch t.

ng là đ ki m

ng đ m (đ gi pH

d ng Cl-. N ng đ clo trong

 Nit : trong n c th i đô th , các h p ch t ch a nit là s n ph m c a quá
trình phân hu sinh h c c a protein. Nit th ng t n t i các d ng: N h u c , NNH 3 , N-NO 2 , N-NO 3 .


Photpho: là ch t dinh d

ng c n thi t cho t t c các t bào s ng và là

thành ph n t nhiên c a n c th i. D ng t n t i chính c a nó là photphat - mu i c a
axit photphoric. N c th i đô th th ng ch a P v i n ng đ dao đ ng t 10-20
mg/l, ph n l n có ngu n g c t các ch t t y r a.
L u hu nh: là nguyên t c n thi t cho quá trình t ng h p các protein.
Các ion SO 4 2- th ng hi n di n trong n c c p và c n c th i. Sunfat b bi n đ i
sinh h c thành sunfit, sau đó có th k t h p v i hydro t o thành H 2 S.


ng v t nguyên sinh, vi khu n, virut,…
b n sinh h c c a n

c th i

N c th i ch a nhi u vi sinh v t trong đó có nhi u vi trùng gây b nh: th ng
hàn, ki t l , s t vàng da, b nh đ ng ru t,… các lo i tr ng giun sán.
xác đ nh
đ b n sinh h c c a n c th i ng i ta ti n hành phân tích s t n t i c a 1 lo i vi
khu n đ c bi t (tr c khu n coli), m c dù nó không ph i là lo i vi khu n gây b nh
đi n hình song s t n t i c a nó ch ng t có s t n t i c a các lo i vi khu n gây
b nh khác.
M c đ nhi m b n sinh h c c a n

v in

c th i xác đ nh b ng các ch tiêu sau đây:

Chu n s coli (coli - titre): Th tích n c th i ít nh t (ml) có 1 coli.
c th i sinh ho t chu n s này là 0,0000001.

i


T ng s Coliform: S l ng vi khu n d ng coli trong 100ml n c (tính
b ng cách đ m tr c ti p s l ng coli ho c xác đ nh theo ph ng pháp MPN).
1.2. HI N TR NG Ô NHI M VÀ TÌNH HÌNH X
SINH HO T Ô TH
1.2.1. Hi n tr ng ô nhi m n



Hình 1.2 Ô nhi m n

c này theo

c nghiêm tr ng.[1]

c sông t i các đô th l n

Hi n n c sông trên đ a bàn Hà N i đang b nh h ng b i 10% n c th i đô
th ch a qua công đo n x lý ho c pha loãng, kho ng 36% n c th i công nghi p
ch a qua x lý x th i tr c ti p ra ao h , gây ô nhi m n c sinh ho t nghiêm tr ng
t i nhi u khu v c.[2]


12

Vi n Khoa h c Môi tr

ng và Phát tri n (VESDEC) đã đ a ra đánh giá v

m c đ ô nhi m môi tr ng n c sông thành ph Hà N i: Không có đi m nào b t
k các con sông trên đ a bàn thành ph đ t lo i I (không ô nhi m ho c ô nhi m nh )
1.2.2. Tình hình x lý n
-

c th i sinh ho t t i các khu đô th

Ch a có h th ng x lý n


c th i t các h gia đình, khu chung c , nhà t p th ch có m t s ít

là đ c x lý s b b ng b t ho i r i x ra h th ng thoát n c chung c a đô th ,
còn l i h u h t n c th i sinh ho t t các h gia đình đ u không đ c x lý mà x
tr c ti p vào h th ng thoát n


c chung ho c x tr c ti p ra môi tr

ánh giá chung v tình hình x lý n

c th i đô th

ng.

Vi t Nam:

X lý n c th i ch a th c s đ c quan tâm Vi t Nam. M c dù n c
ta c ng đã xây d ng m t s công trình x lý n c th i m t s t nh, thành ph l n
nh : Hà N i, à N ng, Bình D ng,
ng Nai, Thành ph H Chí Minh,… Tuy
nhiên, các tr m x lý đã xây d ng có công su t nh và s l ng còn ít nên ch a đáp
ng đ

c yêu c u x lý cho toàn thành ph