báo cáo khóa luận tốt nghiệp hệ lọc nổi, Đại học KHTN, ĐH QGHN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA MÔI TRƯỜNG
----------
Trần Thị Thủy
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỆ THỐNG LỌC NỔI
TIỀN XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI
Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quy
Ngành Công nghệ môi trường
(Chương trình đào tạo chuẩn)
Hà Nội – 2015

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN
KHOA MÔI TRƯỜNG
----------
Trần Thị Thủy
NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG HỆ THỐNG LỌC NỔI
TIỀN XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI
Khóa luận tốt nghiệp đại học hệ chính quy
Ngành Công nghệ môi trường
(Chương trình đào tạo chuẩn)
Cán bộ hướng dẫn: PSG.TS. Cao Thế Hà
ThS. Nguyễn Trường Quân
Hà Nội - 2015

LỜI CẢM ƠN
Để thực hiện và hoàn thành được khóa luận tốt nghiệp này, trước tiên em xin
gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS.TS. Cao Thế Hà - Phó Giám đốc Trung tâm
Nghiên cứu Công nghệ môi trường và Phát triển bền vững (CETASD) là người đã
trực tiếp hướng dẫn truyền đạt cho em những kinh nghiệm quá báu trong suốt quá
trình thực tập.
Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới ThS. Nguyễn Trường Quân
cùng tập thể các thầy cô, anh chị thuộc phòng Công nghệ - Trung tâm CETASD đã
đồng hành giúp đỡ và tạo mọi điều kiện cho em trong suốt quá trình thực hiện đề
tài.
Em cũng xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến tập thể các thầy cô giáo
Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội
truyền thụ những kiến thức quý báu cho em trong suốt 4 năm học qua.
Em xin cảm ơn bác Thái Ngô Đức - chủ trang trại Hòa Bình xanh cùng các
anh chị công nhân đã chỉ bảo, quan tâm trong suốt ngày tháng tham gia nghiên cứu
ở trang trại.
Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè, những người luôn quan tâm giúp
đỡ và động viên, khuyến khích em trong suốt thời gian qua để em hoàn thành khóa
luận được tốt hơn.
Hà Nội, ngày 2 tháng 6 năm 2015
Sinh viên
Trần Thị Thủy

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
BOD Nhu cầu oxy sinh hoá (Biochemical Oxygen Demand)
BTNMT Bộ tài nguyên môi trường
BXD Bộ xây dựng
CETASD Trung tâm nghiên cứu công nghệ môi trường và phát
triển bền vững (Research Center for Environmental
Technology and Sustainable Development)
COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)
ĐV Đơn vị
FAO Tổ chức nông lương thực thế giới (Foundation
Agriculture Organization)
H Hyđrô
IC Kỹ thuật tuần hoàn nội (Internal Circulation)
K Kali
NĐ – CP
p.t
QCVN
Nghị định chính phủ
Phương trình
Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia
TN Nitơ tổng
TP Photpho tổng
TS Tổng chât rắn (Total Solid)
TSS Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid)
TVTS Thực vật thủy sinh
UASB Bể sinh học kị khí dòng chảy ngược qua lớp
bùn (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
VLL Vật liệu lọc
VS Tổng chất rắn bay hơi (Volatile solid)
R/L Tách rắn - lỏng

MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG......................................................................ii
DANH MỤC HÌNH......................................................................iii
MỞ ĐẦU........................................................................................1
Chương 1........................................................................................3
TỔNG QUAN................................................................................3
Chương 3......................................................................................28
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN......................................................28
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ......................................................42
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................44
PHỤ LỤC.....................................................................................46
i

DANH MỤC BẢNG
Bảng 1: Các nước có số lượng lợn nhiều nhất thế giới năm 2009
[2].............................................................................................................4
Bảng 2: So sánh một số thông số đặc trưng nước thải chăn nuôi
lợn của Singapo, Trung Quốc và Việt Nam [3]........................................5
Bảng 3: Thành phần nước thải của một số trại chăn nuôi tập trung
[3].............................................................................................................6
Bảng 4: Một số công trình sử dụng bể lọc VLL nổi đã xây dựng.18
Bảng 5: Danh mục thiết bị............................................................22
Bảng 6: Các chế độ khảo sát.........................................................24
Bảng 7: Thành phần nước thải các chuồng ở trại Hòa bình Xanh 28
Bảng 8: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.5m/h ...................29
Bảng 9: Chất lượng nước đầu vào, ra của hệ lọc tại v = 0,5m/h.. .30
Bảng 10: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.6m/h .................31
Bảng 11: Chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại v =
0,6m/h....................................................................................................34
Bảng 12: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.7m/h..................34
Bảng 13: Số liệu chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại
0,7m/h....................................................................................................36
Bảng 14: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.8m/h..................36
Bảng 15: Số liệu chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại
0,8m/h....................................................................................................37
Bảng 16: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.9 m/h.................38
Bảng 17: Số liệu chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại v
= 0,9m/h.................................................................................................39
ii

Bảng 18: Thể tích nước lọc được qua 1 m2 thiết diện lọc của các
vận tốc lọc..............................................................................................40
Bảng 19: Hiệu suất xử lý SS.........................................................42
DANH MỤC HÌNH
Hình 1: Mô hình lọc với lớp màng lọc tự hình thành......................9
Hình 2: Đồ thị mô tả quá trình lọc theo phương trình 1.8.............11
Hình 3: Sự gia tăng tồn thất áp ∆P trong quá trình lọc.................13
Hình 4: Diễn biến của độ đục và tổn thất áp suất trong quá trình
lọc..........................................................................................................14
Hình 5: Bể lọc tự chảy và diễn biến áp lực trong bể lọc tự chảy. .15
Hình 6: Bể lọc vật liệu nổi............................................................16
Hình 7: Sơ đồ thiết kế hệ lọc nổi..................................................23
Hình 8: Quan hệ tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian v
= 0,5m/h.................................................................................................30
= 0,6m/h.................................................................................................33
= 0,7m/h.................................................................................................35
= 0,8m/h.................................................................................................37
iii

= 0,9m/h.................................................................................................39
iv

Trần Thị Thủy K56_CNMT
MỞ ĐẦU
Đề tài “Nghiên cứu và ứng dụng công nghệ tiên tiến phù hợp điều kiện Việt
Nam để xử lý ô nhiễm kết hợp tận dụng chất thải của các trang trại chăn nuôi lợn”
của Bộ Khoa học và Công nghệ, đã được tiến hành ở quy mô phòng thí nghiệm tại
phòng Công nghệ môi trường của Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ môi trường và
Phát triển bền vững (CETASD) và hệ pilot ứng dụng tổ hợp các kỹ thuật yếm khí,
thiếu - hiếu khí cùng với hệ thực vật thủy sinh tại trang trại chăn nuôi lợn Hòa Bình
Xanh (Công ty TNHH Sản xuất Đầu tư và Thương mại Đức Anh, xóm Suối Cốc, xã
Hợp Hòa, Lương Sơn, Hòa Bình) đạt được mục tiêu đề ra và đã được nghiệm thu
cấp cơ sở. Tuy nhiên, trong quá trình nghiên cứu xử lý nước thải bằng công nghệ
yếm khí gặp phải vấn đề khó khăn là giá trị TSS rất cao có thể tới 10g/l, chiếm tới
trên 80% TS, trong đó thường 80% là hữu cơ. Thành phần TSS lớn gây tắc nghẽn
và thất thoát vi sinh trong các hệ xử lý. Do đó, để đảm bảo quá trình vi sinh yếm
khí, hiếu khí đạt hiệu quả, việc nghiên cứu sử dụng các hệ thống tách R/L phù hợp
với điều kiện quy mô nhỏ và chi phí thấp là vô cùng cấp thiết. Ở các nước phát
triển, đã áp dụng ngay từ đầu các kỹ thuật tách rắn lỏng (R/L) như lắng trọng lực, li
tâm, ép bùn, lọc,…Tuy nhiên ép bùn tiêu tốn nhiều năng lượng; li tâm vận hành đơn
giản nhưng có yêu cầu đầu tư lớn; còn lắng trọng lực có cơ cấu đơn giản và chi phí
vận hành thấp hơn. Song các phương pháp này có chất lượng nước ra chưa đảm bảo
về mặt SS (1000 – 3000mg/l). Hiện nay, phương pháp sử dụng bể lọc vật liệu lọc
(VLL) nổi đã bắt đầu được nghiên cứu bước đầu thành công với những ưu điểm đơn
giản, hiệu quả, chi phí thấp và có tiềm năng ứng dụng rất cao ở nước ta.
Bể lọc vật liệu nổi đã được nghiên cứu ở Liên Xô và Tiệp Khắc vào những
năm 1973 - 1974 trên mô hình, đến năm 1975 đã được đem áp ra áp dụng trong
thực tế để xử lý nước mặt và nước ngầm ở giai đoạn cuối sau lắng. Ở Liên Xô,
người ta sử dụng loại bể lọc này trong xử lý nước thải ở một vài nghiên cứu bước
đầu.
Năm 1987, PGS. Phạm Ngọc Thái là người đầu tiên nghiên cứu và đưa loại bể
lọc này vào sử dụng ở Việt Nam. Năm 1988, tại Hội chợ triển lãm toàn quốc lần thứ
4 tổ chức tại Giảng Võ - Hà Nội, công trình trạm xử lý nước mặt với bể lọc vật liệu
lọc nổi được nhận giải thưởng huy chương vàng. Bể lọc VLL nổi đã được áp dụng
trong khoảng 10 năm trở lại đây với quy mô công suất nhỏ từ vài chục tới vài trăm
m3
/ngày đêm, đến nay đã phát triển tới quy mô công suất 10000m3
/ngày đêm trong
xử lý nước cấp. Còn trong xử lý nước thải hầu như chưa có một nghiên cứu chuyên
Khóa luận tốt nghiệp 1 Đại học Khoa học Tự nhiên

sâu nào đề xuất các thông số tính toán, thiết kế để đưa ra những chỉ dẫn cần thiết
cho loại bể này một cách cụ thể. Việc thiết kế các trạm xử lý nước có sử dụng loại
bể lọc vật liệu nổi mới chỉ tập trung ở một nhóm chuyên gia thiết kế am hiểu lĩnh
vực này mà chưa được áp dụng rộng rãi trong giới chuyên ngành xử lý nước thải.
Việc nghiên cứu sử dụng bể lọc vật liệu nổi trong tiền xử lý nước thải chăn nuôi
trong giai đoạn tiền xử lý có ý nghĩa quan trọng và mang tính thực tiễn. Chính vì
thế, đề tài: “Nghiên cứu sử dụng hệ thống lọc nổi tiền xử lý nước thải chăn
nuôi” được lựa chọn làm khóa luận.
Nội dung chính của đề tài bao gồm:
- Khảo sát quan hệ về tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian và tốc
độ lọc;
- Quan hệ về sự biến đổi chất lượng nước khi lọc qua lớp VLL nổi;
- Thời gian làm việc giới hạn ở các tốc độ lọc khác nhau;
- Tìm ra được tốc độ lọc phù hợp đảm bảo giá trị SS trong khoảng 500mg/l –
thông số SS đầu vào của hệ yếm khí cao tải.

Chương 1.
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về nước thải giàu hữu cơ
Nước thải giàu hữu cơ bao gồm nước thải từ chăn nuôi, các hoạt động sản
xuất công nghiệp và nước rỉ rác.
Nước thải sinh hoạt hàng ngày của con người, đặc biệt từ các khu dân cư khu
hoạt động thương mại, công sở, trường học, chợ cũng có hàm lượng chất hữu cơ.
Đặc tính của nước thải giàu chất hữu cơ: nước thải này chủ yếu chứa các hợp
chất hữu cơ ít độc có nguồn gốc thực vật hoặc động vật. Chất thải có nguồn gốc
động vật có thành phần chủ yếu là protein và chất béo, có hàm lượng chất rắn lơ
lửng, BOD, COD cao... Chất thải có nguồn gốc thực vật có thành phần chủ yếu là
các cenlulose và các hợp chất dễ phân hủy. Người ta có thể chia nước thải giàu hữu
cơ thành hai loại chính:
 Nước thải giàu hữu cơ đơn giản: thông số SS, BOD, COD (<1000 mg/l ),
chứa các chất hữu cơ dễ phân huỷ. Đó là các hợp chất protein, hydratcacbon, chất
béo có nguồn gốc động vật và thực vật. Đây là các hợp chất chính có trong nước
thải sinh hoạt, nước thải từ các xí nghiệp chế biến thực phẩm.
 Nước thải giàu hữu cơ phức tạp: thông số SS, BOD, COD tương đối cao
(hàng nghìn mg/l), chứa các chất hữu cơ khó phân huỷ có vòng thơm (hydrocacbua
của dầu khí), các chất đa vòng ngưng tụ, các hợp chất clo hữu cơ, photpho hữu cơ…
Chúng tồn tại lâu dài trong môi trường, gây độc cho sinh vật, đòi hỏi phương pháp
xử lý phức tạp hơn. Điển hình cho loại nước thải này là nước thải chăn nuôi.
1.2. Nước thải chăn nuôi lợn
1.2.1. Tình hình phát triển ngành chăn nuôi
• Trên thế giới và trong khu vực
Theo số liệu thống kê của Tổ chức Nông lương thế giới - FAO năm 2009 số
lượng tổng đàn lợn trên thế giới là 887,5 triệu con [2]. Tốc độ tăng về số lượng vật
nuôi hàng năm của thế giới trong thời gian vừa qua thường chỉ đạt trên dưới 1%
năm.

Các cường quốc về chăn nuôi lợn của thế giới: bao gồm Trung Quốc 451,1
triệu con/năm, Hoa Kỳ 67,1 triệu con/năm, Brazil 37,0 triệu con/năm, Việt Nam
đứng thứ 4 với 27,6 triệu con/năm và thứ năm là Đức với 26,8 triệu con/năm [2].
Theo số liệu thống kê của FAO năm 2009, Châu Á có tổng đàn lợn 534,3
triệu con. Các nước có số lượng lợn lớn nhất Châu Á là Trung Quốc, Việt Nam, Ấn
Độ, Philippine và Nhật [1].
Bảng 1: Các nước có số lượng lợn nhiều nhất thế giới năm 2009 [2]
STT Tên nước
Số lượng
(con)
1 Trung Quốc 451.177.581
2 Hoa Kỳ 67.148.000
3 Brazil 37.000.000
4 Việt Nam 27.627.700
5 Đức 26.886.500
6 Nhật 26.289.600
7 Liên Bang Nga 16.161.860
8 Mexico 16.100.000
9 Pháp 14.810.000
10 Ba Lan 14.278.647
• Ở Việt Nam
Theo Chiến lược phát triển chăn nuôi đến 2020 (QĐ No10/2008/QĐ - TTg
ngày 16.01 năm 2008) ngành chăn nuôi sẽ được ưu tiên phát triển cả về tỷ trọng
trong nông nghiệp lẫn phương thức sản xuất. Về tỷ trọng trong nông nghiệp chăn
nuôi sẽ tăng từ 32% (năm 2010) lên 38% (2015) và 43% (2020), để đảm bảo điều
này tốc độ tăng trưởng chăn nuôi luôn cao hơn toàn ngành nông nghiệp. Theo số
liệu thống kê, năm 2014 cả nước có khoảng 4293 trang trại chăn nuôi lợn và 26,7
triệu đầu lợn [3].
Bình quân mỗi ngày, mỗi đầu lợn thải ra khoảng 2kg phân, 1kg nước tiểu.
Theo khảo sát của tổ chức JICA và Viện Công nghệ môi trường, lượng nước tiêu
thụ từ 10 - 40lít/đầu lợn/ngày đêm. Ước tính, mỗi năm ngành chăn nuôi thải ra môi

trường một lượng lớn chất thải rắn và lỏng, nếu không được xử lý sẽ gây ô nhiễm
môi trường nghiêm trọng.
1.2.2. Nước thải của ngành chăn nuôi lợn
Nước thải chăn nuôi lợn là nước tiểu lợn hoà lẫn với phân và nước rửa
chuồng. Thành phần nước tiểu tuỳ thuộc vào điều kiện dinh dưỡng và khí hậu. Tuy
nhiên, nước tiểu lợn giàu đạm, kali… nên nước thải rất giàu dinh dưỡng. Thành
phần chủ yếu gồm có:
- Chất hữu cơ: 70 - 80% gồm cellulose, protit, axit amin, chất béo,
hydratcarbon và các dẫn xuất của chúng... Hầu hết các chất hữu cơ dễ phân hủy.
Các chất hữu cơ bền vững gồm các hợp chất hydrocacbon, vòng thơm, hợp chất đa
vòng.
- Vi sinh vật gây bệnh: nước thải chăn nuôi chứa nhiều loại vi trùng, virus
và trứng ấu trùng giun sán gây bệnh như: Giun sán, Salmonella, E. Coli, Shigella...
- Chất vô cơ: chiếm 20 - 30% gồm cát, đất, muối, urê, amoni, muối clorua,
SO4
2-
- Các chất rắn tổng số trong nước: gồm chất rắn lơ lửng và chất rắn hoà tan,
chất rắn bay hơi và chất rắn không bay hơi do các chất keo protein, hydratcacbon,
chất béo có trong nước thải hoặc được tạo ra khi gặp điều kiện như: pH, nhiệt độ, độ
cứng thích hợp. Lượng chất rắn lơ lửng cao trong nước gây cản trở quá trình xử lý
chất thải.
- Chất rắn lơ lửng trong nước thải chăn nuôi chủ yếu là cặn phân vật nuôi
trong quá trình vệ sinh chuồng trại, trong phân có nitơ, phốt phát và nhiều vi sinh
vật. Phần lớn nitơ trong phân ở dạng amoni (NH4
+
) và hợp chất nitơ hữu cơ. Nếu
không được xử lý thì một lượng lớn amoni sẽ đi vào không khí ở dạng amoniac
(NH3).
Bảng 2: So sánh một số thông số đặc trưng nước thải chăn nuôi lợn của
Singapo, Trung Quốc và Việt Nam [3]
Singapo Trung Quốc Ý Việt Nam
TS (mg/l) 27401 - 18620 -
TSS (mg/l) 19144 6103 15350 4570
CODt (mg/l) 24357 6500 24790 5500

Bảng 3: Thành phần nước thải của một số trại chăn nuôi tập trung [3]
Chỉ tiêu
kiểm tra
Đơn
vị
Trại lợn
Đan
Phuợng
Trại lợn
Thụy
Phương
Trại lợn
Tam
Điệp
Trại lợn
Công ty
Gia Nam
Trại
Hồng
Điệp
pH 7,15 7,26 7,08 6,78 6,83
BOD5 mg/l 1339 1080 882 783 1221
COD mg/l 3397 2224 1924 1251 2824
TDS mg/l 4812 4568 3949 4012 4720
P_tổng mg/l 99 80 69 57 85
N_tổng mg/l 332 280 250 204 275
Từ Bảng 2, 3 có thể thấy đặc tính chung của nước thải chăn nuôi có thành
phần COD, TSS rất cao. Do đó, cần áp dụng các công nghệ xử lý phù hợp để xử lý
nước thải chăn nuôi đạt QCVN trước khi thải ra môi trường.
1.2.3. Các công nghệ xử lý nước thải chăn nuôi đã và đang được áp dụng
Hiện nay, có nhiều phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi như phương pháp
xử lý lý học, phương pháp xử lý hóa học và hóa lý, phương pháp xử lý sinh học.
Trong đó, biện pháp sinh học được coi là phương pháp xử lý hiệu quả, thân thiện
với môi trường và được ứng dụng rộng rãi. Một cách tổng quát, phương pháp xử lý
sinh học có thể phân thành hai loại: phương pháp yếm khí sử dụng nhóm vi sinh vật
yếm khí, hoạt động trong điều kiện không có ôxi và phương pháp hiếu khí sử dụng
nhóm vi sinh vật hiếu khí, hoạt động trong điều kiện cung cấp ôxi liên tục.
Tuy nhiên, quá trình phát triển sinh khối yếm khí nhỏ hơn nhiều so với hiếu
khí nên giảm nhu cầu dinh dưỡng và giảm chi phí xử lý bùn dư. Không có chi phí
ôxi, điều này giảm cả chi phí thiết bị lẫn vận hành hệ cấp khí (máy nén, hệ phân tán,
chi phí điện năng). Khí metan sinh ra có giá trị nhiệt năng lớn, có thể thay thế khí
đốt. Lợi ích từ giảm phí xử lý bùn, giảm nhu cầu điện năng tiêu thụ, khả năng thu
hồi - sử dụng metan nằm trong khoảng 0,053 - 0,132$/m3
nước thải sinh hoạt
(Jewell 1987). Lợi ích từ sự giảm phí xử lý bùn và chi phí cấp khí lớn hơn chi phí
năng lượng cho bản thân quá trình xử lý yếm khí (Jewell 1987). Hơn nữa phần lớn
năng lượng vận hành có thể lấy từ biogas. Các quá trình yếm khí chấp nhận tải đầu

vào cao hơn nhiều so với hiếu khí, đó là vì không có cản trở do yêu cầu khuếch tán
ôxi.
Từ sau năm 1970, các công nghệ xử lý yếm khí mới ra đời và đã đạt được
những thành tựu nổi bật, làm thay đổi bộ mặt của công nghệ yếm khí xử lý nước
thải. Trong đó đáng kể nhất, GS.Lettinga đã khởi động những nghiên cứu biến công
nghệ yếm khí vốn được coi là công nghệ “phân hủy” bùn cặn năng suất thấp thành
công nghệ xử lý nước thải giàu hữu cơ có năng suất rất cao, cao hơn cả công nghệ
xử lý nước thải tiêu chuẩn là công nghệ bùn hoạt tính hiếu khí [19]. Theo Van Lier
kĩ thuật yếm khí hiện đại bắt đầu từ bồn khuấy trộn liên tục, tiến bộ hơn là bồn tiếp
xúc (thêm hệ lắng - tuần hoàn bùn), bước ngoặt là hệ UASB (Upflow Anaerobic
Sludge Blanket) với lớp vi sinh dạng hạt. Vi sinh trong hệ UASB là vi sinh dạng hạt
kích thước lớn, mật độ cao nên quá trình lắng rất hiệu quả và cơ cấu lắng trở nên rất
đơn giản: chỉ cần tách được khí ra khỏi hạt là hạt lắng rất nhanh.
Do khả năng xử lý rất hiệu quả, công nghệ xử lý yếm khí với lớp bùn vi sinh
dạng hạt tiếp tục được các nhà khoa học nghiên cứu sâu sắc và hoàn thiện hơn với
những kỹ thuật mới được ra đời. Biến thể của công nghệ UASB bắt đầu được ra đời
với các kỹ thuật mới như EGSB (Expanded Granular Sludge Bed - đệm vi sinh dạng
hạt trương nở), IC (Internal Circulation - kĩ thuật tuần hoàn nội), các kĩ thuật này
thực sự trở thành một trong những công nghệ xử lý tốc độ cao (“high - rate”).
Tuy nhiên, nước thải chăn nuôi giàu SS chỉ có thể áp dụng các kỹ thuật thấp
tải như hệ biogas phổ biến ở Việt Nam hoặc các bồn phân hủy yếm khí phổ biến ở
các nước công nghiệp. Các kỹ thuật cao tải cho phép xử lý từ vài tới vài chục
kgCOD/m3
/ngày (tùy loại bùn hoạt tính, bùn bông hay bùn hạt) nhưng các hệ yếm
khí cao tải có yêu cầu nồng độ SS, VSS giới hạn, nếu áp dụng ngay cho toàn bộ
nước thải thô là không khả thi. Giải pháp là phải tách tốt SS trước xử lý yếm khí.
Có nhiều phương pháp tiền xử lý được áp dụng để tách rắn - lỏng như: lắng
trọng lực, li tâm, ép bùn, lọc,…Tuy nhiên ép bùn tiêu tốn năng lượng, chi phí cao; li
tâm vận hành đơn giản nhưng có yêu cầu đầu tư lớn; lắng trọng lực có cơ cấu đơn
giản và chi phí vận hành thấp. Song các phương án này có chất lượng nước ra chưa
đảm bảo về mặt SS. Hiện nay, người ta đang bắt đầu nghiên cứu sử dụng bể lọc vật
liệu lọc nổi, phương pháp này đơn giản, hiệu quả, chi phí thấp và có tiềm năng ứng
dụng rất cao ở nước ta.

1.3. Lý thuyết quá trình lọc và bể lọc vật liệu lọc nổi
1.3.1. Lý thuyết về lọc
Lọc là quá trình được thực hiện bằng cách cho chất cần lọc (chất lỏng, chất
khí) đi qua một cơ cấu lọc cho phép tách loại các yếu tố không mong muốn.
Trong các hệ xử lý nước cấp, lọc là quá trình quan trọng bậc nhất vì nó trực
tiếp quyết định chất lượng nước sản phẩm, trong xử lý nước thải lọc chỉ áp dụng
trong những trường hợp nhất định. Quá trình lọc được thực hiện ở hai công đoạn
trong dây chuyền xử lý: một là lọc thô ngay điểm bắt đầu thu nước, khi đó quá trình
lọc mang tính phòng ngừa: chắn rác, lọc cặn thô, rêu tảo… để bảo vệ hệ thống xử lý
phía sau và hai là ở công đoạn gần cuối, trước khử trùng: lọc để đảm bảo độ trong -
yếu tố hàng đầu của chất lượng nước.
Về môi trường vật liệu lọc có hai nhóm chính:
- Nhóm vật liệu lọc dạng hạt, môi trường lọc là lớp vật liệu lọc dày
- Nhóm vật liệu dạng màng, môi trường lọc có độ dày không đáng kể.
a. Phương trình lọc:
Phương trình Đacxy (Darcy) - trường hợp lớp vật liệu lọc sạch [4]
Để nghiên cứu và theo dõi định lượng quá trình lọc người ta sử dụng phương
trình Đacxy. Khi lớp vật liệu lọc còn mới, chưa bám bùn cặn ta có:
v = H
P
RH
PK
∆
∆
=
∆
∆
ηη
1
(1.1)
Trong đó: v = tốc độ lọc;
K = độ thấm của môi trường (vật liệu) lọc bằng = ;
η = độ nhớt động học của nước;
∆P = tổn thất áp suất;
∆H = bề dày lớp vật liệu lọc;
R = trở lực của lớp vật liệu lọc.
Phương trình (1.1) có thể chuyển thành:

RHvP η∆=∆ (1.2)
Theo pt (1.2): tổn thất áp ∆P tỷ lệ thuận với tốc độ lọc v, bề dày lớp vật liệu
lọc ∆H, độ nhớt η của nước, trở lực R của lớp vật liệu lọc (nghĩa là tỷ lệ nghịch với
độ thấm K của lớp vật liệu lọc). Đây là trường hợp khi mới bắt đầu lọc, lớp vật liệu
lọc còn sạch (R là hằng số).
Thực tế phức tạp hơn, theo thời gian lọc bề mặt lớp vật liệu bị bẩn dần, lớp
bùn bẩn sẽ làm tăng R, làm biến dạng pt. (1.2) như sẽ trình bày dưới đây.
Trường hợp lọc với màng lọc hình thành trong quá trình lọc [4]
Đây là trường hợp thông thường, dễ thấy nhất là khi lọc nước có độ đục cao.
Khi đó ta sẽ thấy bùn cặn tích luỹ dần trên mặt lớp vật liệu lọc tạo thành lớp màng
lọc thứ cấp từ các hạt cặn lơ lửng có trong nước thô (xem hình 1). độ dày của lớp
màng lọc này tăng dần theo thời gian, trở lực tăng, tuy nhiên khả năng lọc trong
cũng tăng theo.
Trong trường hợp này, yếu tố trở lực R trong phương trình Darcy (1.1) bằng:
R = RVL + RC (1.3)
Trong đó: RVL = trở lực của lớp vật liệu ban đầu;
RC = trở lực của lớp màng lọc hình thành từ bùn cặn.
Hình 1: Mô hình lọc với lớp màng lọc tự hình thành
RC có thể tính từ: RC = r S
CV
r
S
M
= (1.4)
Nước đục
Lớp bùn-màng lọc
Vật liệu lọc
Nước lọc

Trong đó:
M = khối lượng cặn;
r = trở lực riêng của lớp cặn ở áp suất P;
S = diện tích hình học bề mặt lọc;
C = mật độ cặn lơ lửng (SS) trong 1 đơn vị thể tích;
V = thể tích nước lọc trong thời gian thiết bị làm việc.
Kết hợp pt. (1.4) với pt. (1.3) ta có:
VLVLC R
S
CV
rRRR +=+=
(1.5)
Thay R từ pt. (1.5) vào (1.1) ta có:
)( VLR
S
CV
r
P
v
+
=
η
(1.6)
Mặt khác: tốc độ lọc v tính bằng thể tích nước lọc trên một đơn vị diện tích
lọc trong một đơn vị thời gian, kết hợp pt. (1.6) ta có:
v = 





+
=
VLR
S
CV
r
P
dt
dV
S
1
η (1.7)
Giả thiết, nếu trở lực riêng r không đổi (r = const) nghĩa là lớp lọc không bị
nén, lấy tích phân pt. (1.7) ta có :
t = aV2
+ bV hoặc
V
t
= aV + b (1.8)
với a = 2
2PS
rCη
và b = η
PS
RVL
Như vậy, đại lượng (t/V) hay thời gian cần thiết để lọc được một đơn vị thể
tích nước tỷ lệ tuyến tính với thể tích V nước lọc như đoạn thẳng trên đồ thị hình 2.
θ
b =η
t/V
V
tgθ = ηrC/2PS2

Hình 2: Đồ thị mô tả quá trình lọc theo phương trình 1.8
Nếu quá trình lọc kéo dài, quy luật nói trên sẽ bị vi phạm, năng suất lọc sẽ
giảm mạnh, t/V sẽ tăng đột ngột (xem hình 2). Đó là vì khi lọc lâu dài, lớp lọc bị
nén lại, trở lực lọc riêng của lớp cặn r sẽ tăng theo phương trình:
r = ro + r1PS
(1.9)
Trong đó: r = trở lực riêng hay hệ số lọc, m/kg;
ro = là trở lực riêng khi P = 0;
r1 = là trở lực riêng khi P = 1 atm;
s = là thông số thể hiện khả năng nén cặn.
Để so sánh khả năng lọc các loại cặn khác nhau có thể dùng đại lượng r0..5
hay trở lực riêng xác định ở áp suất 0,5 atm.
b. Cơ chế lọc[5]:
Tùy bản chất của cặn cần lọc, kỹ thuật và VLL áp dụng có thể gặp các cơ chế
lọc và hiện tượng sau: lưu giữ, bám dính và hiện tượng đánh thủng…
- Các cơ chế lưu giữ
Cơ chế lưu giữ có thể hiểu là cơ chế “lọc” thuần tuý vật lý được ghi nhận
trong trường hợp lọc qua lưới lọc, màng lọc có kích thước lỗ đã định. Trong trường
hợp này lớp lọc hoạt động theo nguyên lý cái rây bột: hạt cặn nhỏ đi qua, hạt lớn bị
lưu giữ lại. Trong thực tế, hạt nhỏ hơn đường kính lỗ trống cũng có thể bị lưu giữ
lại nếu đồng thời nhiều hạt nhỏ cùng qua một lỗ trống, hoặc hạt cần lọc bị tăng kích
thước do nhiều nguyên nhân khác nhau.
Trong trường hợp này, các cơ chế sau có thể lần lượt hoặc đồng thời xuất
hiện:
 Nhiều hạt nhỏ chen nhau cùng qua khe trống nên bị kẹt lại;

 Hạt nhỏ trong khi theo dòng chảy qua lỗ trống bị cọ xát vào lớp vật liệu lọc
rắn và bị giữ lại do lực bề mặt (hấp phụ);
 Do gia tốc trọng trường, hạt cặn lắng trên bề mặt VLL ở khu vực không có lỗ
trống...
Những cơ chế này xuất hiện trong cả kỹ thuật lọc màng và kỹ thuật lọc bằng
lớp vật liệu lọc dạng hạt.
- Cơ chế bám dính
Khi tốc độ dòng chảy không lớn, các lực bề mặt có thể gây ra sự bám dính
các hạt cặn trên bề mặt VLL. Bản chất các lực bề mặt khá phức tạp, phổ biến là lực
hút tĩnh điện và lực Van dec Val (Van der Waals).
- Hiện tượng đánh thủng
Trong quá trình lọc qua lớp VLL hạt, do các cơ chế nêu trên nên khe trống
giữa các hạt VLL bị lấp đầy dần bởi các hạt cặn bị lưu giữ hoặc bám dính. Như vậy,
thiết diện chảy thực tế bị thu hẹp dần, tốc độ dòng chảy qua khe sẽ tăng và kéo theo
các hạt cặn nhỏ vào sâu trong lớp VLL hạt, thậm chí hạt cặn bị kéo theo nước lọc.
Trường hợp này nước lọc giảm chất lượng, ta nói lớp lọc bị đánh thủng.
- Hiện tượng “tắc” và sự phục hồi lớp vật liệu lọc
Hiện tượng “tắc” thiết bị lọc do cặn bít dần các khe, lỗ trống mà nước có thể
chảy qua theo các cơ chế đã nêu. Trong trường hợp này vẫn có thể tiếp tục lọc bằng
cách tăng áp suất. Ví dụ: nếu lọc trọng lực như đối với bể cát có thể để mực nước
trên lớp VLL dâng tới mức độ vài mét. Đối với các thiết bị lọc áp lực với lớp VLL
là cát có thể nâng áp lực tới vài atm.
Thông thường, khi thiết kế thiết bị lọc có thể chấp nhận một mức độ “tắc”
nhất định. Để vượt qua hiện tượng này có thể tăng mực nước hoặc mức áp áp vào
lớp VLL để giữ tốc độ lọc không đổi.
Khi tổn thất áp vượt quá mức độ đã định (do sự tích luỹ lớp bùn cặn) cần
phục hồi lại lớp vật liệu lọc về trạng thái ban đầu bằng cách rửa sạch lớp vật liệu lọc
khỏi bùn cặn, gọi là rửa lọc. Cách rửa phụ thuộc vào loại vật liệu và kỹ thuật lọc áp
dụng, có một số kỹ thuật sau:
Rửa ngược là phổ biến nhất và là kỹ thuật duy nhất đối với các thiết bị lọc
dùng lớp vật liệu dạng hạt. Môi trường để rửa thường là nước sạch và ở các trạm

lớn là hỗn hợp khí - nước. Đối với các loại màng lọc như màng lọc micro, nano...
sau rửa ngược thường phải xử lý hoá chất bổ sung.
Rửa bằng cách xả cặn bằng trọng lực hay áp dụng đối với kỹ thuật lọc nổi,
kỹ thuật lọc màng điatomit. Khi đó chỉ cần dùng lượng nhỏ nước sạch để tráng vật
liệu lọc.
1.3.2. Thông số kiểm soát động học của bể lọc
Để kiểm soát hoạt động của một hệ lọc ta cần theo dõi một trong hai thông số
hoặc cả hai, đó là tổn thất áp lực khi lọc và độ đục của nước sản phẩm.
Xét một bể lọc trọng lực, tổn thất áp ∆P có thể khảo sát gián tiếp thông qua
mức dâng mực nước trên lớp vật liệu lọc hoặc trực tiếp thông qua độ chênh lệch
mức nước trong bể lọc và trong ống đo mực nước trong suốt lắp ở ống thu nước gọi
là piezometer. Thông thường, đối với những bể lọc trọng lực người ta thiết kế mức
tổn thất áp nhỏ hơn hoặc bằng 1,5m [20] hoặc 2,4m [16].
Nếu khảo sát ∆P theo thời gian, bắt đầu từ lúc cát lọc vừa được rửa sạch, tổn
thất áp ∆P tăng dần theo thời gian lọc, càng về sau tăng càng nhanh. Thời gian để
đạt ∆Pmax tối đa cho phép càng dài càng tốt, cho phép ít nhất là t1 = 12 giờ (TCN 33 -
85), thường được thiết kế là 24h (xem hình 3) để tiết kiệm chi phí rửa lọc.
a. Độ đục của nước lọc
Chất lượng nước lọc được đánh giá thông qua đại lượng nghịch của độ trong
là độ đục (đo bằng đơn vị NTU hoặc mg/l). NTU dễ dàng đo được bằng máy đục
kế, thậm chí ở chừng mực nhất định những cán bộ có kinh nghiệm có thể xác định
bằng mắt.
Khác với ∆P tăng đều suốt quá trình lọc, khi khảo sát độ đục từ điểm bắt đầu
lọc theo thời gian, thấy quá trình lọc có thể chia làm 3 giai đoạn (hình 4).
Hình 3: Sự gia tăng tồn thất áp ∆P trong quá trình lọc
Mức tổn thất áp cho
phép
tt1
ΔP

Hình 4: Diễn biến của độ đục và tổn thất áp suất trong quá trình lọc
Giai đoạn một từ 0 đến t1: trên Hình 4 độ đục giảm dần theo thời gian lọc tới
khi đạt độ đục tối thiểu. Đoạn từ 0 đến to nước còn đục cần xả lọc, gọi là xả lọc đầu.
Sau to nước trong bắt đầu có thể thu nuớc vào bể. Thời gian t1 ứng với điểm chuyển
sang giai đoạn hai dài hay ngắn phụ thuộc vào công nghệ lọc được áp dụng và chất
lượng nước vào.
Giai đoạn hai từ t1 đến t2: độ đục ổn định ở mức tối thiểu trong thời gian dài
và kết thúc ở t2 khi độ đục bắt đầu tăng. Đây là giai đoạn thu nước chính.
Giai đoạn ba từ t2: độ đục bắt đầu tăng dần tới tm vượt mức giới hạn cho
phép, lúc này phải dừng lọc để rửa lọc.
Thời điểm thu nước có chất lượng đảm bảo bắt đầu từ thời điểm mà nước đạt
độ trong cần thiết, có thể trước t1 và kết thúc ở trước tm là thời điểm độ đục của
nước lọc vượt tiêu chuẩn.
Để xác định chính xác thời gian làm việc của bể hay thiết bị lọc thường phải
xác định tại chỗ bằng thực nghiệm trong quá trình chạy thử để định ra chu trình làm
việc cho bể hay thiết bị lọc hoặc có thể dùng các phương trình thực nghiệm.
Để tự động hoá quá trình lọc rửa có thể theo dõi một trong hai thông số vừa
nêu những thông số thứ nhất - tổn thất áp để thực hiện hơn và có độ tin cậy cao vì
tổn thất áp dễ dàng đo được bằng các thiết bị đơn giản như phao định mức hay các
đầu đo mức chất lỏng cơ khí hoặc điện tử. Gần đây cũng đã xuất hiện các thiết bị
giám sát độ đục trên đường ống cho phép kiểm soát qúa trình lọc tự động với độ tin
cậy cao.
b. Diễn biến áp suất dọc lớp cát lọc trong quá trình lọc
tt0 t1 tm
0 t2
Độ đục

Trên Hình 5 mô tả diễn biến tổn thất áp trong quá trình lọc cát: phía trái là
mô hình bể lọc (mặt cắt đứng), A là mức nước trong bể lọc; B là mức mặt cát lọc; D
là mức đáy bể khi kết thúc lớp cát lọc, BD là bề dày lớp cát lọc. Trong đồ thị bên
cạnh, nếu trục tung và trục hoành có cùng tỷ lệ xích thì đường A’d0 sẽ tạo một góc
450
so với trục hoành. Nếu xét áp suất thủy tĩnh thì B’b là áp suất cột nước ở mức
B; C’c0 là áp suất thủy tĩnh ở mức C; D’d0 là áp suất thủy tĩnh ở đáy lớp lọc D.
Hình 5: Bể lọc tự chảy và diễn biến áp lực trong bể lọc tự chảy
Khi bể lọc bắt đầu làm việc, đường 1 là đường mô tả diễn biến tổn thất áp
suất trong cát sạch: C0C1 là tổn thất áp khi nước đi qua đoạn BC; D0D1 là tổn thất áp
trên toàn bể dày lớp vật liệu lọc BD. Như vậy tổn thất áp ∆P tỷ lệ thuận với ∆H bề
dày lớp vật liệu lọc BD như trong pt. Dacxy (pt. 1.1).
Khi lớp vật liệu lọc bắt đầu có hiện tượng nhiễm bẩn ta có đường số 2: đoạn
cong bC2 ứng với C0C2 sẽ là tổn thất áp trên đoạn BC. Qua khỏi mức C nước lại gặp
lớp cát sạch, khi đó tổn thất áp lại tuân theo pt. Dacxy, đường số 2 sẽ song song với
đường 1, tới khi ra khỏi lớp cát lọc ở mức D ta có tổn thất áp chung là D0D2.
Càng lọc lớp cát càng nhiễm bẩn khi đó mức C sẽ dịch dần về phí đáy D ta
có đường số 3. Như vậy mặt phẳng ở mức C chia lớp cát thành hai phần: phần trên
C là lớp cát bẩn và phần dưới C là lớp cát sạch, gọi C là “biên lọc”. Càng lọc biên
lọc càng tiến xuống phía dưới theo hướng mặt D đồng thời dịch sang trái. Tới D ta
có tổn thất áp bằng DoDf.
Nếu tiếp tục lọc tới thời điểm mặt biên lọc sẽ vượt quá đáy D tới mức E, khi
đó tổn thất áp giả tưởng ứng với đoạn D0Ef. Trường hợp này lớp lọc bị “đánh
thủng” nghĩa là mức C đã bị dịch xuống mức E thấp hơn D - đáy lớp vật liệu lọc,
A
B
C
D
E
A’
B’
C’
D’
123
Co
b
C1
Do
C2
Cf
D1
D2
Df
Ef

cặn bẩn lọt ra ngoài lớp lọc bảo vệ. Như vậy tổn thất áp DoDf là mức tối đa mà bể
lọc với lớp cát BD có thể chịu được.
Hình ảnh trên cho ta bức tranh hoạt động của bể lọc cát: chỉ được lọc và thu
nước lọc tới khi lớp cát còn giữ được cặn hay tới khi tổn thất áp đạt giá trị tới hạn.
Sau đó phải dừng lọc và rửa lọc.
1.3.3. Bể lọc vật liệu lọc nổi
Hình 6: Bể lọc vật liệu nổi
1 - nước thô; 2 - ngăn thu nước lọc; 3 - dàn phân phối nước thô; 4 - thân bể lọc; 5 -
máng thu nước lọc; 6 - phao chỉnh lưu lượng; 7 - thu nước lọc; 8 - xả nước rửa lọc.
Bể lọc nổi thực chất là bể lọc tiếp xúc, mọi chức năng nguyên lý của bể tiếp
xúc đều có thể áp dụng cho bể lọc nổi. Điểm khác nhau cơ bản của hai loại bể lọc
này là vật liệu lọc: bể lọc nổi dùng vật liệu lọc là những hạt polystyren tổng hợp có
tỉ trọng đổ đống 10 ÷ 30kg/m3
nên nổi được trong môi trường nước. Chính vì nổi
được nên muốn cho lớp vật liệu này có tính lọc cần có cấu kết đục lỗ để chắn phía
trên, ngoài ra cần có lưới để ngăn hạt vật liệu lọc không bị rửa trôi khi xả kiệt.
Cũng như bể lọc tiếp xúc, bể lọc nổi có thể dùng như:
- Bể lọc phá đối với nước thô có hàm lượng SS cao hoặc rất cao;
- Bể lọc cấp 1 đối với nước đã xử lý sơ bộ (lắng);
- Bể lọc tiếp xúc đối với nước ngầm nhiễm sắt, nước mặt có đánh phèn.
Như vậy, nếu áp dụng bể lọc nổi sẽ bỏ qua bể trộn phèn - tạo bông - lắng
(đối với nước mặt) hoặc lắng tiếp xúc (đối với nước ngầm).

Tốc độ lọc nổi thường thiết kế ở mức 2 ÷ 4m/h;
Bề dày lớp lọc: 1,0 ÷ 1,5m;
Cỡ hạt: 1 ÷ 3mm;
Áp suất cột nước dư cần ≥ 0,5m
Vận hành
Nước thô theo đường ống phân phối vào từ đáy bể, qua lớp vật liệu lọc nổi
được loại bỏ cặn. Nước trong được gom vào máng thu như lọc tiếp xúc, tràn vào
ngăn phụ cạnh bể và theo đường ống về bể chứa. Điểm khác với các bể lọc cát
thông thường là lớp vật liệu phải được chắn ở độ cao nhất định bằng lưới thép,
ngoài ra nước lọc luôn được giữ ở mức 0,2 đến 0,5 mét cách mép bể dự trữ để rửa
lọc.
Rửa lọc
Bể lọc nổi thường được thiết kế theo chế độ tự rửa nhờ áp lực cột nước dư ở
phía trên lớp vật liệu lọc. Điều này cho phép ta loại bỏ bơm rửa lọc trong thiết kế.
Cột nước trên lớp vật liêụ lọc nên để khoảng 1 m.
1.3.3.1. Tình hình sử dụng bể lọc vật liệu lọc nổi trên thế giới và Việt Nam
Từ những năm 70, một số nước như Liên Xô và Tiệp Khắc đã dùng bể lọc
VLL nổi trong lĩnh vực xử lý nước ngầm, nước mặt và nước thải.
* Ở Tiệp Khắc: năm 1974, phòng thí nghiệm xử lý nước VELKE
ZELNOSEKY đã tiến hành thí nghiệm xử lý nước trên mô hình loại bể lọc VLL nổi
để xử lý nước ngầm có chứa hàm lượng Fe 1,4 mg/L, sau đó được đem ra áp dụng
tại huyện LITOMERICE. Nhiều công trình xử lý nước đã sử dụng loại bể lọc này.
Từ năm 1982 đến năm 1986 PTS. Phạm Ngọc Thái đã nghiên cứu bể lọc VLL nổi
sử dụng trong xử lý nước mặt tại trường Đại học BRNO.
* Ở Liên Xô: việc nghiên cứu trên mô hình được thực hiện vào những năm
1973 - 1974, đến năm 1975 loại bể lọc VLL nổi đã đưa vào sử dụng [8, 11]. Năm
1992, Giáo sư tiến sĩ KHKT M.G.ZURBA đã cho xuất bản cuốn “các thiết bị lọc
vật liệu nổi penopolystyrol” (nhà xuất bản xây dựng Matscơva). Tài liệu giới thiệu
một số bể lọc VLL nổi với nhiều dạng khác nhau. Loại bể lọc có hướng chuyển
động của dòng nước từ dưới lên trên là phổ biến mà một số công trình ở Việt Nam
đã sử dụng.

* Ở Việt Nam: từ năm 1988 đến nay, bể lọc VLL nổi được sử dụng khá nhiều
cho các trạm xử lý nước công suất nhỏ trong phạm vi cả nước, đến nay đã được
phát triển trên tới quy mô công suất 10000m3
/ngày tại trạm xử lý nước Thị xã Sóc
Trăng. Bảng 4 giới thiệu một số trạm xử lý nước ở địa phương, áp dụng cho quy mô
công suất khác nhau với hai nguồn nước: nước ngầm, nước mặt.
Bảng 4: Một số công trình sử dụng bể lọc VLL nổi đã xây dựng
STT Tên công trình Công suất
(m3
/ngày)
Năm
xây
dựng
Loại
nguồn
nước
Tình trạng hiện tại
1 Bênh viện Quân y 108 1000 1990 Ngầm Hoạt động bình
thường
2 Nhà máy thực phẩm
Nam Hà
1000 1991 Ngầm Hoạt động bình
thường
3 Thị xã Sóc Trăng 10000 1992 Ngầm Hoạt động bình
thường
4 Thị xã Vĩnh Yên 4000 1995 Ngầm Hoạt động bình
thường
5 Nhà máy Z192 1200 1994 Ngầm Hoạt động bình
thường
1.3.3.2. Những ưu việt của bể vật liệu lọc nổi
Việc sử dụng bể lọc VLL nổi trong thực tế có những ưu điểm và mang lại ý
nghĩa Kinh tế Kỹ thuật- Xã hội sâu sắc đó là:
- Rửa lớp VLL đơn giản không cần trang bị máy bơm rửa lọc. [8, 9, 13]
Đối với những trạm công suất vừa và lớn đương nhiên phải trang bị hệ thống
rửa bể lọc. Có thể rửa bằng nước thuần tuý hoặc rửa bằng nước và gió kết hợp nhằm
tiết kiệm nước rửa. Kinh phí cho việc trang bị hệ thống rửa lọc chiếm tỉ lệ nhỏ so
với kinh phí toàn bộ công trình. Nhưng đối với những trạm công suất nhỏ, phần
kinh phí này lại chiếm tỷ lệ cao. Mặt khác việc rửa lọc cũng khá phức tạp. Do đó,
đối với những đối tượng dùng sẽ gặp khó khăn về kinh phí và cách quản lý vận
hành. Khi dùng bể lọc vật liệu lọc nổi, thực hiện rửa lọc bằng cách tạo ra sức va
thuỷ lực nhờ van mở nhanh, không cần dùng máy bơm, việc rửa lọc thuận lợi do đó
giảm được kinh phí và thuận lợi trong công tác quản lý.

- Tiết kiệm năng lượng và nước rửa VLL [8, 10, 11].
Khi sử dụng bể lọc VLL nổi không cần máy bơm rửa lọc chính là đã tiêt
kiệm đươc chi phí điện năng. Rửa bể lọc VLL nổi chỉ cần 1 - 2 phút, cường độ rửa
khoảng 10 l/s.m2
vì vậy tiết kiệm được rất nhiều nước rửa.
- Tiết kiệm cao trình và kinh phí xây dựng [8, 9, 10, 11].
Chiều cao xây dựng bể lọc VLL nổi nhỏ (2,5 ÷ 3 m), độ chênh lệch cao trình
giữa bể lọc và bể chứa nhỏ do tổn thất áp lực qua bể nhỏ, thường chỉ lấy độ chênh
cao trình mặt nước giữa hai bể là 0,5m, vì thế có thể nâng cao trình của bể chứa,
thuận tiện cho thi công.
Do tổn thất áp lực qua bể nhỏ nên rất thích hợp với sơ đồ công nghệ lọc
nhiều đợt. Nếu lọc hai đợt bằng cả hai bể lọc nổi thì chênh lệch cao trình giữa bể lọc
đợt một và đợt hai là 0,5m, giữa bể lọc đợt hai và bể chứa là 0,5m thì độ chênh cao
trình là 1m. Vì vậy các bể lọc VLL nổi và bể chứa đều có thể đặt nổi trên mặt đất,
điều đó giảm được kinh phí xây dựng một cách đáng kể.
1.3.3.3. Các đặc trưng của vật liệu lọc nổi
Vật liệu nổi có các tên gọi khác nhau là polystyrene (tiếng Tiệp Khắc),
penopolystyrol (tiếng Nga), styropo, trong dân gian thường gọi là “xốp”.
Nguyên liệu chính cho bọt polystyrene ở thể tạo bọt, được sản xuất bằng
phương pháp trùng hợp. Trong thương mại thường gọi là Koplen. Koplen được chế
tạo ở dạng hạt nhỏ, mờ đục mà thể tích của chúng tăng lên trong quá trình tạo bọt.
Hiện nay người ta dùng phương pháp tạo bọt bằng nước nóng, hơi nước nóng hoặc
sấy khô ở nhiệt độ 90 ÷ 950
C.
Ở Liên Xô người ta thường dùng các loại polystyrene nhãn hiệu PSV, PSV -
B, PSV - S - PM, PSV - LD, PSV - N để làm vật liệu lọc.
a) Tính chất hóa lý
Vật liệu lọc nổi cần có đủ độ bền vững cơ lý và cơ hóa, độ hút nước nhỏ, dễ
làm sạch khỏi các chất bám bề mặt, đảm bảo hiệu quả lọc nước theo yêu cầu đề ra
theo đề ra trong điều kiện nhất định về cấp phối của lớp VLL.
Theo kết quả nghiên cứu của Viện Nghiên cứu polime (Liên Xô cũ): các hạt
polystyren cũng như hạt Koplen có độ bên hóa học cao, loại có nhãn hiệu PSV và
PSV - S còn bền vững dưới tác dụng của axit mạnh (trừ axit nitoric), axit yếu và

môi trường khoáng xâm thực. Các hạt có độ bền cao trong nước biển và chỉ bị phá
hủy dưới tác dụng của ete, hydrocacbua thơm, bị trương phồng trong xăng dầu.
Viện Nghiên cứu polyme còn chế ra loại vật liệu nổi mác PSV - N35 bền
vững thậm chí trong xăng có hàm lượng hydrocacbon cao. Độ bền hóa học cao của
hạt VLL nổi còn cho phép ứng dụng nó để lọc nước thải của đa số các ngành công
nghiệp khác nhau thậm chí cả nước thải chứa dầu.
Các hạt vật liệu nổi không bị mục nát, có độ bền cao dưới tác dụng của các
loại nấm và các vi sinh vật, điều đó cho phép ứng dụng chúng trong các điều kiện
nhiệt đới.
b) Tính chất hấp phụ
Trong lý thuyết và thực tiễn hiện đại, việc lọc nước trong các thiết bị lọc với
lớp vật liệu lọc là hạt được xem như một quá trình lý hóa phức tạp, phụ thuộc đáng
kể vào tính chất hấp phụ (dính bám) của các hạt vật liệu lọc.
Hiện tượng lý - hóa kèm theo sự hút bám xảy ra khi lọc nước trên bề mặt các
hạt vật liệu nổi trong một hệ thống phức tạp như bề mặt hạt vật liệu nổi, môi trường
phân tán - bề mặt các phần tử, cho đến nay vẫn còn được nghiên cứu. Khái niệm về
lớp điện tích kép trong môi trường hạt lọc ở ranh giới phân chia các pha dựa trên sự
xuất hiện điện tích ở bề mặt các hạt vật liệu nổi trong quá trình chuyển động của
chất lỏng qua môi trường. Sự tạo thành điện tích này khi lọc nước qua môi trường
có thể được giải thích bởi sự hút bám ion từ dung dịch có lực hút hóa học đối với
các ion của mạng tinh thể.
Quá trình lọc nước thải qua lớp vật liệu lọc nổi có xảy ra quá trình hấp phụ
trên bề mặt các hạt keo, ion…có trong nước thải, các cặn được giữ lại trong lớp
VLL.

Chương 2.
ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.1. Đối tượng
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là sự biến đổi Δh (tổn thất áp), thông số SS
và COD theo thời gian trong mỗi chu kì lọc của bể lọc VLL nổi với hai đối tượng
nước thải ở bể điều hòa và sau bể lắng 1.
Nước thải được lấy từ hệ xử lý tại Trang trại Hòa Bình Xanh, xã Hợp Hòa,
huyện Lương Sơn, Hòa Bình ( Đề tài KC 08 - 04/11 - 15 Bộ Khoa học Công nghệ )
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp thu thập tài liệu
Thu thập các tài liệu về kĩ thuật yếm khí xử lý nước thải giàu hữu cơ, quy
luật tăng tổn thất áp lực khi lọc nước qua lớp vật liệu dạng hạt, cơ chế của quá trình
giữ cặn trong lớp VLL nổi, cơ sở lý thuyết của quá trình làm trong nước.
Phương pháp này được sử dụng để thu thập tài liệu từ các nguồn:
 Các giáo trình chuyên ngành;
 Các bài báo tạp chí trong nước và ngoài nước có liên quan;
 Các TCVN, QCVN, TCXD, các văn bản pháp lý có liên quan;
 Các website.
2.2.2. Phương pháp thực nghiệm
2.2.2.1. Mô hình thực nghiệm
 Cấu trúc hệ thống
- Danh mục thiết bị sử dụng thiết kế hệ lọc nổi

Bảng 5: Danh mục thiết bị
STT
THIẾT BỊ VÀ VẬT
TƯ
YÊU CẦU KỸ
THUẬT
SỐ
LƯỢNG
ĐƠN VỊ
1 Bồn chứa
Thế hệ mới V = 750
m3
1 cái
2 Bơm định lượng
Bơm định lượng
Blue-White (USA) -
Model: C6250HV
Qmax = 100l/h.
1 cái
3 Cột PVC D=150mm 5 mét
4 Vật liệu nổi V = 123.64 cm3 1 m3
5 Van 2 chiều D= 34 2 cái
6 Van 2 chiều D = 42 1 cái
7 Đường ống PVC D = 42 0.5 mét
8 Đường ống PVC D = 34 10 mét
9 Mặt bích 8 cái
10 Máy sục khí 1 cái
- Thiết kế thí nghiệm:
D = 130mm;
Thiết diện cột lọc = 0,013267m2
;
Chiều cao lớp vật liệu lọc: h = 700mm; Thể tích vật liệu lọc V = 9.3l

Cột lọc: h = 2200mm;
Cột đầu vào: h = 3400mm;
Vật liệu lọc : Kích thước đường kính hạt vật liệu lọc: 3mm.
Tỷ khối: 10.65 g/l
Hình 7: Sơ đồ thiết kế hệ lọc nổi
 Phương pháp xác định các thông số thực nghiệm
Xác định lưu lượng
Dùng thùng dung tích và đồng hồ bấm giây để xác định lưu lượng nước tại
van thu nước đã lọc. Thao tác bằng cách đưa thùng có dung tích V (lít) để hứng
nước đồng thời bấm đồng hồ, khi ngừng lấy nước bấm đồng hồ xác định thời gian t
(giây), lưu lượng nước tính theo công thức:
Q = (l/s) hoặc Q = 3,6. (m3
/h)
Xác định tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi
Trên mô hình thí nghiệm có bố trí ống trong nối cột nước đầu vào đo áp lực
của lớp VLL lọc nổi với chiều cao 1m.

Xác định chất lượng nước đầu vào và nước đã lọc
Lấy mẫu nước tại thời điểm hệ lọc bắt đầu chạy ổn định tương ứng với mỗi
chu kì tốc độ lọc khác nhau. Đem mẫu nước về phòng thí nghiệm để phân tích các
chỉ tiêu.
Xác định thời gian
Dùng đồng hồ bấm giây để xác định lưu lượng và đồng hồ thường để đo thời
gian lọc mỗi chu kì.
 Vận hành hệ thống
Quy trình khảo sát
Bước 1: Lấy nước đầu vào hệ lọc từ bồn lắng 1(hệ yếm khí cao tải) hoặc
bơm từ bể điều hoà, sau đó bật mấy sục khuấy trộn SS và bơm đầu vào hệ lọc.
Bước 2: Chỉnh lưu lượng Q tương ứng với tốc độ lọc v= 0,5 - 4m/h (tính toán
ở bảng dưới), đo nhanh Ho (chiều cao tổn thất áp ban đầu do lớp vật liệu lọc).
Bảng 6: Các chế độ khảo sát
V (m/h) 0.50 0.60 0.70 0.80 0.90 1.00
Q (l/h) 6.64 7.96 9.29 10.62 11.94 13.27
Bước 3: Khảo sát chiều cao (H) theo thời gian đối với từng chế độ Q. Đo
biến thiên H theo các khoảng thời gian bằng nhau với các khoảng lớn nhỏ tùy hiện
tượng chiều cao H tăng nhanh hay chậm (tổng thời gian là t1). Chạy mỗi chế độ lưu
lượng Q lặp ít nhất 2 lần, và lần lượt các Q.
Bước 4: Sau 1 khoảng thời gian nhất định (thời gian lọc hiệu quả, chu kì lọc)
của mỗi Q chạy, thấy hiện tượng tràn ở cột đầu vào (ghi thời gian t2), tắt bơm đầu
vào, khóa van thông giữa 2 cột, xả đáy nhanh cột lọc vào bồn, khuấy đều lấy mẫu.
Rửa lọc
Tắt bơm đầu vào dẫn nước vào bể và khóa van (1) xả nhanh van (2), việc rửa
lớp VLL nổi được thực hiện bằng phương pháp tạo sức va thủy lực tạo nên dòng

xoáy xáo trộn lớp VLL nổi nhờ van mở nhanh (2). Khi lớp VLL nổi bị xáo trộn, các
hạt cặn đã được giữ lại trong lớp VLL sẽ tách ra cùng với nước xả.
Van (1): van nối giữa cột 1 và cột lọc 2.
Van (2): van xả đáy cột lọc.
Cường độ rửa lọc:
2.2.2.2. Thiết bị phân tích, dụng cụ, hóa chất
 Thiết bị và dụng cụ phân tích
- Máy đo quang UV-VIS của hãng Shimazu.
- Cân phân tích 4 số của hăng Shimazu.
- Bếp nung COD ECO 16 (VELP SCIENTIFICA - Italy).
- Cốc thủy tinh, bình định mức, bình nón, pipet các loại.
- Ống phá mẫu COD.
- Đũa thủy tinh .
- Máy đánh bùn siêu âm ULTRATURRAX.
- Máy đo pH : HANNAINSTRUMENTS.
Và một số các dụng cụ và thiết bị khác.
 Hóa chất
- Hóa chất phân tích các chỉ tiêu: pH, COD, TSS (loại tinh khiết).
2.2.2.3. Cách lấy mẫu
- Cách lấy mẫu nước: mẫu được lấy ở trong nước đầu vào (có máy sục khuấy trộn)
và nước đầu ra khỏi hệ lọc.
- Cách lấy mẫu bùn: xả đáy cột lọc vào chậu, khuấy đều sau đó lấy mẫu.
2.2.2.4. Các phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm
Các phương pháp phân tích:
 Phương pháp phân tích COD ( Cr )
Nguyên tắc của phương pháp là mẫu được đun hồi lưu với K2Cr2O7 và chất xúc tác
bạc sunfat ( Ag2SO4 ) trong môi trường axit H2SO4 đặc.

Quy trình
 Phương pháp phân tích SS
Lọc mẫu nước thải qua giấy lọc 0,45µm và xác định TSS qua phương pháp cân.
Công thức tính:
TSS ( mg/l ) = ,
trong đó:
M0 (mg): khối lượng giấy trước lọc;
M1 (mg): khối lượng giấy sau lọc;
V (ml) : Thể tích mẫu nước thải cần lọc;
2.3. Nội dung nghiên cứu
2.3.1. Quan hệ tổn thất áp lực khi lọc qua lớp VLL nổi theo thời gian và tốc độ
lọc
Ở mỗi chu kì theo dõi cột áp thường xuyên và lưu lượng đầu vào đầu ra, khi
thấy hiện tượng nước trong cột áp dâng thì theo dõi ghi kết quả với những khoảng
thời gian bằng nhau nhất định.
2.3.2. Sự biến đổi các thông số SS, COD
Lấy 2,5 ml mẫu
+ 1,5 ml dung dịch phản ứng
+ 2,5 ml dung dịch thuốc thử
axit
Phá mẫu ở nhiệt độ 1500
C
trong 2h
Để dung dịch nguội ở nhiệt
độ phòng
Đo ở bước song 600 nm, tính
toán theo đường chuẩn

Thông số SS, COD tương ứng với đầu vào và ra, xả lọc của hệ lọc nổi ứng
với mỗi chu kì được lấy mẫu và phân tích khi hệ hoạt động ổn định ngày thứ hai. (vì
hệ thí nghiệm đặt tại Hòa Bình xa trung tâm phân tích nên với mỗi chu kì chỉ lấy
được một lần mẫu thay vì lấy đều đặt theo dõi theo thời gian).

Chương 3.
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Thành phần nước thải chăn nuôi lợn
Vì mô hình thí nghiệm lọc nổi lấy nước thải đầu vào trực tiếp từ hệ xử lý
yếm khí cao tải nên chịu ảnh hưởng bởi các yếu tố chủ quan và khách quan, nồng
độ SS, COD thay đổi phụ thuộc nguồn xả thải thực tế và các yếu tố vận hành của hệ
thống xử lý nước thải thuộc đề tài KC 08 - 04/11 - 15.
Bảng 7: Thành phần nước thải các chuồng ở trại Hòa bình Xanh
Mẫu pH
Tổng
COD
(mg/l)
COD lọc
(mg/l)
T-N
lọc
(mg/l)
T-N
không
lọc (mg/l)
N-
NH4
+
(mg/l)
T-P
(mg/l)
SS
(mg/l)
4.1 8.96 5500 2254 631 1290 519 100 4570
4.2 8.83 7483 2254 579 1387 527 50.8 5420
4.3 8.96 3786 1262 452 901 377 31 3850
4.4 8.99 3156 1172 497 850 415 47 3240
5.1 8.99 8024 3697 848 1752 770 119 6250
5.2 8.99 3922 2163 605 1298 538 30 5370
5.3 8.97 8475 3020 825 1705 715 118 6040
5.4 9.03 6942 2209 772 1779 658 77 6440
Chuồng
bầu
8.81 1668 1668 501 590 476 10 300
Chuồng
đẻ
8.74 7348 2209 630 1550 442 22 7560
TB các
chuồng
5630±1032 2191±330
634 ±
61
1310±180 544±57 60±18 4904±901
điều
hòa
pilot
(12.14)
6348±888
(n = 9)
1649±175
(n = 9)
4311±1080
(n = 8)*
Từ các giá trị trên ta có thể thấy được nước thải chăn nuôi có đặc tính ô
nhiễm rất lớn, giá trị CODht trong khoảng 2000 - 3000mg/l, CODt trong khoảng
3000 - 8000mg/l, SS: 3000 - 8000mg/l. Xem xét, lựa chọn phương án công nghệ xử
lý nhận thấy với giá trị SS, COD cao và biến động ảnh hưởng lớn tới hiệu quả xử lý
của yếm khí cao tải.

3.2. Quan hệ tổn thất áp lực khi lọc qua lớp VLL nổi theo thời gian ở các chu
kì khác nhau và thay đổi chất lượng nước qua hệ lọc
3.2.1. Vận tốc lọc v = 0,5m/h, Q = 6,63l/h, ho = 1cm
Chu kì lọc: 54,5 giờ
Hệ lọc chạy ổn định trong 49 giờ, sau đó có hiện tượng mực nước trong ống
pazometer bắt đầu tăng dần.
Bảng 8: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.5m/h
T
(phút)
T
(giờ)
H
(cm)
0 0.00 9
80 1.33 13
90 1.50 15
190 3.17 24
200 3.33 29
210 3.50 34
220 3.67 39.7
230 3.83 38
240 4.00 44.5
250 4.17 51.5
260 4.33 57.5
270 4.50 63
280 4.67 70
290 4.83 75
300 5.00 81
310 5.17 84
320 5.33 90
330 5.50 96.5

Hình 8: Quan hệ tổn thất áp lực qua lớp VLL nổi theo thời gian v = 0,5m/h
Bảng 9: Chất lượng nước đầu vào, ra của hệ lọc tại v = 0,5m/h.
SS (mg/l) CODt (mg/l) CODht (mg/l)
Vào 4890 6972 1249
Ra 480 2238 1701
Qua đồ thị và bảng số liệu chất lượng nước qua hệ lọc, tổn thất áp lực qua
lớp VLL theo thời gian tăng tuyến tính theo phương trình Darcy, trong 49 giờ đầu
hệ chạy ổn định nước ra xử lý được hơn 90% lượng SS. Thời gian lọc hiệu quả ( đạt
chất lượng nước ra SS≤500mg/l) tính từ 1 giờ đầu đến giờ thứ 51 sau đó chiều cao
tổn thất áp bắt đầu tăng dần, đạt cao nhất ở h = 96,5cm (nước tràn ra khỏi khỏi ống
pazometer); dừng quá trình lọc, xả và rửa hệ.
Giá trị COD tổng giảm (68%) do nhờ lượng SS tách loại. Giá trị COD hòa
tan tăng do xảy ra quá trình thủy phân, giải thích điểu này do trong nước thải đầu
vào chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy (cặn cám ngô) thủy phân trong quá trình
lọc.
Thể tích nước lọc được là V = 6,63 x 54,5 = 361,335 (lít)
Lượng cặn SS tách được: X = 361,335 x (4890 - 480) = 1593486,35mg = 1593,486
g

Chu kì lọc: 52 giờ
Hệ lọc chạy ổn định sau 48 giờ, sau đó có hiện tượng mực nước trong ống
pazometer tăng.

T (phút) T (giờ) H (cm )
0 0.00 21
10 0.17 23
20 0.33 22.5
30 0.50 24.5
40 0.67 30.5
50 0.83 26
60 1.00 31
70 1.17 26
80 1.33 30
90 1.50 36
100 1.67 42
110 1.83 44
120 2.00 46.5
130 2.17 43
140 2.33 49
150 2.50 54.5
160 2.67 60
170 2.83 64
180 3.00 66.5
190 3.17 71
200 3.33 76
210 3.50 82
220 3.67 88
230 3.83 93.5
240 4.00 96.5

Bảng 11: Chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại v = 0,6m/h
Vào 3830 5240 685
Ra 270 1070 802
hệ chạy ổn định nước ra xử lý được 93% lượng SS. Thời gian lọc hiệu quả (đạt chất
lượng nước ra SS≤500mg/l) tính từ 1 giờ đầu đến giờ thứ 48 sau đó chiều cao tổn
thất áp bắt đầu tăng dần, đạt cao nhất ở h = 96,5cm (nước tràn ra khỏi khỏi ống
Giá trị COD tổng giảm (79%), COD hòa tan tăng (17%).
Thể tích nước lọc được là V = 7,96 x 54 = 429,84 (lít)
Lượng cặn SS tách được: X = 429,84 x (3830 - 270) = 1530230,4mg = 1530,230g
Hệ lọc chạy ổn định sau 42,5 giờ, sau đó có hiện tượng mực nước trong ống
pazometer tăng.
T
(phút)
T
(giờ)
H
(cm)
0 0.00 7
80 1.33 13
90 1.50 15
190 3.17 24
200 3.33 27
210 3.50 34

220 3.67 38
230 3.83 37.5
240 4.00 45
250 4.17 51.5
260 4.33 59
270 4.50 63
280 4.67 70
290 4.83 75
300 5.00 79
310 5.17 84
320 5.33 87
330 5.50 96.5
0
20
40
60
80
100
120
0.00 2.00 4.00 6.00
H (cm)
thờigian t (giờ)
Tổn thấtáp lực qua lớp VLLtheo thời gian v = 0.7 m/h
Tổn thất áp với v = 0.7 m/h

Bảng 13: Số liệu chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại 0,7m/h
SS (mg/l) CODt (mg/l ) CODht (mg/l)
Vào 4030 5250 1084
Ra 483 2017 1503
hệ chạy ổn định nước ra xử lý được 88% lượng SS. Thời gian lọc hiệu quả (đạt chất
lượng nước ra SS≤500mg/l) tính từ 2 giờ đầu đến giờ thứ 42,5, sau đó chiều cao tổn
thất áp bắt đầu tăng dần, đạt cao nhất ở h = 96,5cm (nước tràn ra khỏi khỏi ống
Giá trị COD tổng giảm (61,5%), COD hoà tan tăng (38%).
Lượng cặn SS tách được: X = 445,92 x (4030 - 483) = 1581678,24mg = 1581,678g
3.2.4. Vận tốc lọc v = 0,8m/h, Q = 10,61l/h, ho = 1.5cm
Hệ lọc chạy ổn định sau 81,5 giờ, sau đó có hiện tượng mực nước trong ống
pazometer tăng.
T
(phút)
T
(giờ)
H
(cm)
0 0.00 6
80 1.33 15
90 1.50 14
190 3.17 25
200 3.33 27
210 3.50 34
220 3.67 39
230 3.83 37.5
240 4.00 45

250 4.17 51.5
260 4.33 57
270 4.50 63
280 4.67 60
290 4.83 73.5
300 5.00 76
310 5.17 84
320 5.33 89
330 5.50 96.5
Bảng 15: Số liệu chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại 0,8m/h
SS ( mg/l) CODt (mg/l) CODht (mg/l)
Vào 1904 3150 1185

Ra 184 1570 1377
Qua đồ thị và bảng số liệu chất lượng nước qua hệ lọc,có thể thấy tổn thất áp
lực qua lớp VLL theo thời gian tăng tuyến tính theo phương trình Darcy, trong 81,5
giờ đầu hệ chạy ổn định nước ra xử lý được 90% lượng SS. Thời gian lọc hiệu quả
(đạt chất lượng nước ra ≤500mg/l) tính từ 1 giờ đầu đến giờ thứ 81,5 sau đó chiều
cao tổn thất áp bắt đầu tăng dần, đạt cao nhất ở h = 96,5cm (nước tràn ra khỏi khỏi
ống pazometer ); dừng quá trình lọc, xả và rửa hệ.
Giá trị COD tổng giảm (50%), COD hòa tan tăng (13,9%).
Lượng cặn SS tách được: X = 979,62 x (1904 – 184) = 1684946,4mg = 1684,946g
3.2.5. Vận tốc lọc v = 0,9m/h, Q = 11.94l/h, ho = 2cm
Chu kì lọc: 45,5 giờ
Hệ lọc chạy ổn định sau 34 giờ, sau đó có hiện tượng mực nước trong ống
pazometer tăng.
Bảng 16: Số liệu đo chiều cao tổn thất áp v = 0.9 m/h
T
(phút )
T
( giờ )
H
(cm )
0 0.00 17
10 0.17 21
20 0.33 22.5
30 0.50 24.5
40 0.67 30
50 0.83 26
60 1.00 31
70 1.17 25
80 1.33 30
90 1.50 36
100 1.67 41
110 1.83 44
120 2.00 46.5

130 2.17 43
140 2.33 48
150 2.50 54.5
160 2.67 60
170 2.83 64
180 3.00 66.5
190 3.17 72
200 3.33 81
210 3.50 82
220 3.67 88
230 3.83 93.5
Bảng 17: Số liệu chất lượng nước đầu ra, đầu vào của hệ lọc tại v = 0,9m/h
Vào 4570 5540 1555
Ra 685 3423 2135

Qua đồ thị và bảng số liệu chất lượng nước qua hệ lọc có thể thấy rằng tổn
thất áp lực qua lớp VLL theo thời gian tăng tuyến tính theo phương trình Darcy,
trong 30 giờ đầu hệ chạy ổn định nước ra xử lý được 85% lượng SS. Thời gian lọc
hiệu quả (đạt chất lượng nước ra ≤500mg/l) tính từ 2 giờ đầu đến giờ thứ 30 sau đó
chiều cao tổn thất áp bắt đầu tăng dần, đạt cao nhất ở h = 96,5cm (nước tràn ra khỏi
khỏi ống pazometer); dừng quá trình lọc, xả và rửa hệ.
Giá trị COD tổng giảm (38%), COD hoà tan tăng (27%).
Lượng cặn SS tách được: X = 405,96 x (4570 – 685) = 1577154,6mg = 1577,154g
3.2.6. Vận tốc lọc v = 1m/h, Q = 13,27l/h, ho = 1,5cm
Do có sự điều chỉnh thông số lưu lượng của hệ yếm khi cao tải, nên nước đầu
vào có lượng SS thấp (500 - 600mg/l) khi chạy đến thời gian tạm dừng hệ lọc vẫn
chưa có hiện tượng dâng nước trong ống pazometer.
Tính toán thông số lọc thông qua số liệu thực nghiệm
Do chất lượng SS, COD đầu vào mỗi chu kì lọc khác nhau phụ thuộc điều
kiện thực tế, nên ta không thể tìm được thông số về lượng nước mà một mét vuông
thiết diện lọc được:
Alọc = 0,013267m2
Bảng 18: Thể tích nước lọc được qua 1 m2
thiết diện lọc của các vận tốc lọc
Tốc độ lọc (m/h) Thể tích nước lọc được (1m2
) lít
0.5 27.235,62
0.6 32.399,19
0.7 33.611,22
0.8 73.838,85
0.9 30.599,23

3.3. Đánh giá tổng hợp các chu kì lọc đã khảo sát

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận
Qua quá trình nghiên cứu thực nghiệm và phân tích kết quả chất lượng nước
thải qua hệ lọc nổi (với hai đối tượng: nước sau bể điều hòa, nước sau lắng 1), thấy
rằng hiệu quả tách R/L loại SS đạt hiệu quả cao. Cụ thể là:
 Hiệu quả tách loại SS
Do đề tài nghiên cứu được thực hiện trong thời gian ngắn và chịu ảnh hưởng
bởi các yếu tốt vận hành thực tế của hệ yếm khí cao tải nên chất lượng nước đầu
vào không ổn định. Nhưng với những kết quả thực tế, hiệu quả tách loại SS rất cao
80 – 90%, đạt trung bình 500mg/l rất phù hợp đảm bảo hiệu quả xử lý hệ vi sinh
yếm khí cao tải nối tiếp sau.
Bảng 19: Hiệu suất xử lý SS
V ( m/h ) 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9
H ( % ) 90 93 88 90 85
 Thông số COD
Qua mỗi chu kì lọc COD tổng giảm dao động từ 38 - 70%. COD hòa tan tăng
từ 10 - 20% do qua trình thủy phân các hợp chất hữu cơ, chu kì lọc càng dài thì hàm
lượng chất hữu cơ bị thủy phân càng tăng.
 Khảo sát thực nghiệm hệ thống lọc nổi với tốc độ lọc
Trong quá trình vận hành khảo sát thí nghiệm ở các tốc độ lọc 0,5 – 1m/h, ta
nhận thấy:
Tổn thất áp lực qua lớp vật liệu lọc theo thời gian tăng tuyến tính theo Định
luật Darcy, sau một thời gian làm việc lượng cặn tích lũy nhiều, quá trình hấp phụ
cân bằng với quá trình tách cặn, lúc đó lớp vật liệu lọc đã bão hòa, tiến hành rửa
lọc. Thời gian bảo vệ của hệ lọc phụ thuộc vào giá trị SS của nước đầu vào và tốc
độ lọc, nước đầu vào nồng độ SS, tốc lọc càng cao thì hệ tắc càng nhanh.
- Chất lượng nước đầu ra đạt yêu cầu SS ≤ 500mg/l với chất lượng
nước đầu vào trung bình SS3000 mg/l ở tốc độ lọc tối ưu 0,5m/h; 0,6m/h; 0,8m/h.
Bể lọc VLL nổi có nhiều ưu điểm:

- Cấu tạo đơn giản, dễ vận hành;
- Chi phí thấp;
- Phù hợp thực tế (khả năng đầu tư, điều kiện diện tích, nhân lực vận
hành ..của các hộ trang trại chăn nuôi nhỏ lẻ).
Nhược điểm là áp dụng với quy mô công suất nhỏ, đầu tư hệ thống xử lý bùn
xả lọc. Hệ thống lọc nổi với những ưu điểm vượt trội với đặc trưng nguồn nước thải
và điều kiện cơ sở các hộ chăn nuôi nhỏ lẻ của nước ta, có tính ứng dụng thực tiễn
cao.
Nghiên cứu này đã giải quyết được một phần bài toán thực tế giải quyết các
khó khăn để có phương án lựa chọn phù hợp đảm bảo quá trình xử lý triệt để ô
nhiễm do nước thải chăn nuôi trước khi xả thải ra môi trường.
Kiến nghị
Do hạn chế về thời gian nghiên cứu nên đề tài mới chỉ đưa ra một số kết quả
nhất định, những nghiên cứu bước đầu về hoạt động của hệ thống lọc nổi thông qua
khảo sát tổn thất áp lực theo thời gian; hiệu quả xử lý SS, COD của hệ thống với 6
tốc độ lọc khác nhau.
Vì vậy qua đề tài, có một số hướng đề xuất cho các nghiên cứu tiếp theo:
- Theo dõi quan hệ về sự biến đổi chất lượng nước khi lọc qua lớp VLL nổi
theo thời gian với hai đối tượng nước sau bể điều hòa và sau bể lắng 1.
- Nghiên cứu tổn thất áp lực và sự biến đổi của chất lượng nước lọc khi lọc
nước qua lớp VLL nổi ở các thể tích VLL nổi thay đổi để tìm được thể tích ( chiều
dày lớp VLL ) tối ưu.
- Nghiên cứu VLL nổi với các cỡ đường kính khác nhau cho đề tài nghiên
cứu.
- Tính toán đưa ra các thông số thiết kế bước đầu ứng dụng tiền sử lý nước
thải.
Đây tuy là đề tài quy mô nhỏ nhưng đã cho thấy tính thực tiễn và ứng dụng
hiệu quả trong tiền xử lý nước thải, đề xuất các cơ quan ban ngành tạo điều kiện đầu
tư nghiên cứu và ứng dụng triển khai trong thực tế.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
A. Tiếng Việt
1. Antoine Pouilieute, Bùi Bá Bổng, Cao Đức Phát: Báo cáo “Chăn nuôi Việt Nam
và triển vọng 2010”; ấn phẩm của tổ chức PRISE của Pháp.
2. Báo cáo tổng kết năm 2013 Bộ NNPTNT.
3. Báo cáo tổng kết năm 2014 Bộ NNPTNT.
4. Cao Thế Hà (2015), báo cáo tổng hợp đề tài KC 08 - 04/11 - 15 “Nghiên cứu và
ứng dụng công nghệ tiên tiến phù hợp điều kiện Việt Nam để xử lý ô nhiễm
kết hợp tận dụng chất thải của các trang trại chăn nuôi lợn”.
5. Cao Thế Hà (2003), “Tài liệu giảng dạy môn Công nghệ môi trường đại cương”.
6. “Hướng dẫn xây dựng và vận hành hệ thống xử lý chất thải và quản lý môi
trường tại các làng nghề chăn nuôi gia súc”, Hà Nội 11/2010.
7. Quy chuẩn xây dựng tập 1. Ban hành kèm quyết định số 682/ BXD – CSXD
ngày 14 tháng 12 năm 1996 của Bộ trưởng Bộ xây dựng. Nhà xuất bản xây
dựng - Hà Nội.
8. Phạm Ngọc Thái (1986), “Sử dụng bể lọc vật liệu nổi trong cấp nước cho các
đối tượng nhỏ và Quân đội”, Luận án PGS.KHKT Trường Đại học Bách
khoa BRNO Tiệp Khắc năm 1986.
9. Phạm Ngọc Thái (1990), “Báo cáo NCKH. ứng dụng bể lọc vật liệu lọc nổi
trong các chương trình cấp nước nông thôn”, Đề tài 26C – 02 – 02 Chương
trình nhà nước 26C năm 1990.
10. Phạm Ngọc Thái (1986), “Sự biến dạng của lớp vật liệu lọc nổi trong quá trình
vận hành”, Báo cáo khoa học tại BRNO – Tiệp Khắc 12/1986.
11. Phạm Ngọc Thái (1988), “Sử dụng bể lọc vật liệu lọc nổi trong các công trình
cấp nước cho bộ đội”, Tạp chí KHKT Quân đội số 8/1988.
12. Nguyễn Văn Tín (1998), “Một số kết quả nghiên cứu bể lọc vật liệu lọc nổi”,
Hội thảo khoa học quốc gia “Hóa học và công nghệ hóa học với chương trình
nước sạch và vệ sinh môi trường” 1-1998.

13. Nguyễn Văn Tín (1998), “Nghiên cứu sử dụng bể lọc vật liệu lọc nổi trong dây
chuyền công nghệ khử sắt nước ngầm bằng phương pháp làm thoáng cho
các trạm công suất nhỏ”, Luận án TS năm 1998 Trường ĐH Xây dựng.
B. Tiếng Anh
14. Angelidaki, I., Ellegaard, L., Sorensen, A.H., Schmidt, J.E. (2002), “Anaerobic
processes. In: Angelidaki I, editor. Environmental biotechnology”, Institute
of Environment and Resources, Technical University of Denmark (DTU).
15. Cheng Fang (2010), “Biogas production from food-processing industrial
wastes by anaerobic digestion”, PhD Thesis, DTU.
16. Hammer M.J (1986), “Water and Wastewater Technology”, Sec. Ed. Prentice
Hall Career & Technology, Englewood Cliffs, NJ 07632.
17. J. Van Lier, Wat.Sci.Technol. 57(8) (2008), “Data collected by Yolanda
Yspeert”
18. Lettinga, G., van Velsen, A.F.M., Homba, S.W., de Zeeuw, W., Klapwijk, A.
(1980), “Use of the upflow sludge blanket reactor concept for biological
wastewater treatment especially for anaerobic treatment”. Biotechnol.
Bioeng.
19. McCarty, P.L, D.E. Hughes, D.A. Stafford, B.F. Weatley, W. Beader, G.
Lettinga, E.J. Nuns, W. Verstraete and R.L. Wentworth, eds.. (1982),
“Anaerobic Digestion” , Elsevier Biomedical, Amsterdam.
20. “Water Treatment Handbook”, 6 th. Ed. Degre’mont, 1991
C. Trang web
21. http://cctytg.wordpress.com/2010/12/16/antibiotic-arguments/

PHỤ LỤC
Hình PL1 : Hình ảnh hệ lọc nổi nghiên cứu thực nghiệm.

Hình PL2: Hình ảnh bồn chứa nước đầu vào trước khi bơm vào hệ lọc

báo cáo khóa luận tốt nghiệp hệ lọc nổi, Đại học KHTN, ĐH QGHN

Recommended

Recommended

More Related Content

What's hot

What's hot (20)

Similar to báo cáo khóa luận tốt nghiệp hệ lọc nổi, Đại học KHTN, ĐH QGHN

Similar to báo cáo khóa luận tốt nghiệp hệ lọc nổi, Đại học KHTN, ĐH QGHN (20)

báo cáo khóa luận tốt nghiệp hệ lọc nổi, Đại học KHTN, ĐH QGHN