Download luận án tiến sĩ ngành kĩ thuật môi trường với đề tài: Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến cao su bằng phương pháp hóa lý – sinh học kết hợp, cho các bạn làm luận án tham khảo Nhận viết luận văn đại học, thạc sĩ trọn gói, chất lượng, LH ZALO=>0909232620 Tham khảo dịch vụ, bảng giá tại: https://baocaothuctap.net

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
DƯƠNG VĂN NAM
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CAO SU
BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ – SINH HỌC KẾT HỢP
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
HÀ NỘI – 2019

2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN HÀN LÂM KHOA HỌC
VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
HỌC VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ
-----------------------------
DƯƠNG VĂN NAM
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CAO SU
BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÓA LÝ – SINH HỌC KẾT HỢP
Chuyên ngành: Kỹ thuật môi trường
Mã số: 9 52 03 20
LUẬN ÁN TIẾN SỸ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
1. TS. Phan Đỗ Hùng
2. PGS. TS. Nguyễn Hoài Châu
HÀ NỘI – 2019

3. i
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đề tài luận án “Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến cao su
bằng phương pháp hóa lý – sinh học kết hợp” là do tôi thực hiện với sự hướng dẫn
khoa học của TS. Phan Đỗ Hùng và PGS. TS. Nguyễn Hoài Châu.
Những kết quả nghiên cứu trong luận án là trung thực, chính xác. Một phần kết
quả đã được công bố trên các tạp chí chuyên ngành và được sự đồng ý sử dụng số
liệu của các đồng tác giả.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Hà Nội, ngày 24 tháng 9 năm 2019
Nghiên cứu sinh
Dương Văn Nam

4. ii
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Phan Đỗ Hùng và PGS. TS. Nguyễn Hoài Châu
đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận án.
Xin chân thành cảm ơn các tập thể: Học viện Khoa học và Công nghệ (GUST),
Viện Công nghệ môi trường (IET), Viện Khoa học vật liệu (IMS) – Viện Hàn lâm
Khoa học và Công nghệ Việt Nam (VAST), Khoa Công nghệ môi trường – GUST,
Phòng Công nghệ xử lý nước – IET, Nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh – Công ty
TNHH MTV Cao su Hà Tĩnh, đã hỗ trợ và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt
quá trình thực hiện luận án.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân, đồng
nghiệp và bạn bè đã luôn quan tâm, động viên và ủng hộ cho tôi hoàn thành luận án.
Nghiên cứu sinh
Dương Văn Nam

5. iii
MỤC LỤC
MỤC LỤC................................................................................................................... i
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................... vii
DANH MỤC BẢNG................................................................................................. ix
DANH MỤC HÌNH ....................................................................................................x
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN.....................................................................................4
1.1. Tổng quan ngành công nghiệp chế biến cao su thiên nhiên (CSTN).......................4
1.1.1. Hiện trạng phát triển ngành CSTN của Việt Nam.................................................4
1.1.2. Thành phần và tính chất mủ CSTN........................................................................5
1.1.3. Công nghệ chế biến mủ CSTN...............................................................................5
1.2. Đặc trưng nước thải chế biến CSTN.............................................................................6
1.2.1. Nguồn gốc và lượng phát sinh nước thải ...............................................................6
1.2.2. Đặc trưng nước thải .................................................................................................6
1.2.3. Đặc trưng nước thải nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh ........................................7
1.3. Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải chế biến CSTN.............................................10
1.3.1. Ngoài nước.............................................................................................................10
1.3.2. Trong nước.............................................................................................................11
1.4. Một số phương pháp xử lý nước thải liên quan đến đề tài luận án........................17
1.4.1. Phương pháp sinh học kỵ khí................................................................................17
1.4.1.1. Quá trình phân hủy kỵ khí...........................................................................17
1.4.1.2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ EGSB ..................................23
1.4.2. Phương pháp kết tủa Magie Amoni Photphat (MAP).........................................26
1.4.2.1. Giới thiệu chung về amoni và photphat .....................................................26
1.4.2.2. Tình hình nghiên cứu thu hồi amoni và photphat bằng kết tủa MAP......31
1.4.3. Phương pháp sinh học hiếu khí, thiếu khí............................................................34
1.4.3.1. Quá trình phân hủy hiếu khí, thiếu khí.......................................................34
1.4.3.2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng SBR........................................................40
1.5. Những tồn tại trong xử lý nước thải chế biến CSTN tại Việt Nam...................46
1.5.1. Những tồn tại trong XLNT tại các nhà máy chế biến CSTN ở Việt Nam...........46

6. iv
1.5.2. Những tồn tại trong nghiên cứu xử lý nước thải chế biến CSTN tại Việt Nam 46
1.6. Định hướng nghiên cứu.................................................................................................47
CHƯƠNG 2. XỬ LÝ CHẤT HỮU CƠ VÀ THU HỒI NĂNG LƯỢNG BẰNG
THIẾT BỊ EGSB .....................................................................................................48
Mở đầu.....................................................................................................................................48
2.1. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu.........................................................................49
2.1.1. Vật liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu..............................................................49
2.1.1.1. Nước thải......................................................................................................49
2.1.1.2. Bùn giống.....................................................................................................50
2.1.1.3. Hóa chất........................................................................................................50
2.1.1.4. Thiết bị thí nghiệm ......................................................................................51
2.1.2. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................51
2.1.2.1. Phương pháp thực nghiệm..........................................................................51
2.1.2.2. Phương pháp phân tích................................................................................54
2.2. Kết quả và thảo luận......................................................................................................55
2.2.1. Giai đoạn khởi động ..............................................................................................55
2.2.1.1. Sự thay đổi pH trong giai đoạn khởi động.................................................55
2.2.1.2. Sự phát triển bùn hạt....................................................................................57
2.2.1.3. Sự thay đổi COD trong giai đoạn khởi động.............................................60
2.2.2. Giai đoạn vận hành ổn định ..................................................................................64
2.2.2.1. Sự thay đổi pH trong giai đoạn vận hành ổn định.....................................64
2.2.2.2. Hiệu quả xử lý COD trong giai đoạn vận hành ổn định ...........................64
2.2.2.3. Sự thay đổi nồng độ N–amoni....................................................................69
2.2.2.4. Hiệu quả sinh khí biogas.............................................................................70
Kết luận chương 2:................................................................................................................74
CHƯƠNG 3. XỬ LÝ THU HỒI CHẤT DINH DƯỠNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP
KẾT TỦA MAP.....................................................................................................................75
Mở đầu.....................................................................................................................................75
3.1. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu.........................................................................77
3.1.1. Vật liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu..............................................................77

7. v
3.1.1.1. Nước thải......................................................................................................77
3.1.1.2. Hóa chất........................................................................................................77
3.1.1.3. Thiết bị thí nghiệm ......................................................................................77
3.1.2. Phương pháp nghiên cứu.......................................................................................78
3.1.2.1. Phương pháp thực nghiệm..........................................................................78
3.1.2.2. Phương pháp phân tích................................................................................78
3.2. Kết quả và thảo luận......................................................................................................79
3.2.1. Thu hồi MAP khi không bổ sung magie và photphat .........................................79
3.2.1.1. Ảnh hưởng của pH ......................................................................................79
3.2.1.2. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng............................................................83
3.2.2. Thu hồi MAP có bổ sung magie...........................................................................84
3.2.3. Thu hồi MAP có bổ sung đồng thời magie và photphat .....................................87
3.2.3.1. Hiệu quả thu hồi MAP ................................................................................87
3.2.3.2. Đánh giá sản phẩm MAP thu được ............................................................91
Kết luận chương 3: ................................................................................................................96
CHƯƠNG 4. XỬ LÝ ĐỒNG THỜI CHẤT HỮU CƠ VÀ NITƠ BẰNG THIẾT
BỊ SBR CẢI TIẾN...................................................................................................97
Mở đầu.....................................................................................................................................97
4.1. Vật liệu và phương pháp nghiên cứu.........................................................................98
4.1.1. Vật liệu, hóa chất và thiết bị nghiên cứu..............................................................98
4.1.1.1. Nước thải......................................................................................................98
4.1.1.2. Bùn giống.....................................................................................................98
4.1.1.3. Hóa chất........................................................................................................98
4.1.1.4. Thiết bị thí nghiệm ......................................................................................98
4.1.2. Phương pháp nghiên cứu.....................................................................................100
4.1.2.1. Phương pháp thực nghiệm........................................................................100
4.1.2.2. Phương pháp phân tích..............................................................................102
4.2. Kết quả và thảo luận....................................................................................................103
4.2.1. Sự thay đổi DO trong chu trình xử lý.................................................................103
4.2.2. Ảnh hưởng của tải trọng COD, nitơ ...................................................................104
4.2.2.1. Ảnh hưởng của tải trọng COD đến hiệu suất xử lý COD.......................104

8. vi
4.2.2.2. Ảnh hưởng của tải trọng N–amoni đến hiệu suất xử lý N–amoni..........105
4.2.2.3. Ảnh hưởng của tải trọng TN đến hiệu suất xử lý TN..............................108
4.2.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN............................................................................110
4.2.3.1. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN đến hiệu suất xử lý COD.......................110
4.2.3.2. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN đến hiệu suất xử lý N–amoni ................110
4.2.3.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN đến hiệu suất xử lý TN ..........................111
Kết luận chương 4: ..............................................................................................................116
CHƯƠNG 5. ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHẾ BIẾN CAO
SU THIÊN NHIÊN................................................................................................117
5.1. Sơ đồ công nghệ đề xuất..............................................................................................117
5.2. Tính toán cân bằng vật chất của hệ thống................................................................118
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ..............................................................................121
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ...........................................123
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................124
PHỤ LỤC..............................................................................................................- 1 -

9. vii
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AF Thiết bị lọc kỵ khí (Anaerobic Filter)
ASBR Thiết bị phản ứng thiếu khí từng mẻ luân phiên
(Anoxic Sequencing Batch Reactor)
BOD Nhu cầu oxy sinh hóa (Biological Oxygen Demand)
BR Thiết bị xử lý dạng vách ngăn (Baffled Reactor)
BTNMT Bộ Tài nguyên và Môi trường
CL Cao su cô đặc (Concentrated Latex)
COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)
CSTN Cao su thiên nhiên
DHS Giá thể mút xốp treo dòng chảy xuôi
(Downflow Hanging Sponge)
DO Oxy hòa tan (Dissolved oxygen)
DRC Hàm lượng cao su khô (Dry Rubber Content)
EDX Phổ tán sắc năng lượng tia X
(Energy-Dispersive X-Ray Spectroscopy)
EGSB Đệm bùn hạt mở rộng (Expanded Granular Sludge Bed)
FBR Thiết bị phản ứng tầng đệm bùn lỏng giả (Fluidized Bed Reactor)
FOG Chất béo, dầu mỡ (Fats, Oil, Grease)
HRT Thời gian lưu nước (Hydraulic Retention Time)
IC Tuần hoàn nội (Internal Circulation)
MAP Magie Amoni Photphat
MBBR
MBR
Thiết bị với giá thể vi sinh chuyển động (Moving Bed Biofilm Reactor)
Thiết bị sinh học – màng (Membrane Bioreactor)
MLSS Nồng độ sinh khối lơ lửng (Mixed Liquor Suspended Solid)
MLVSS Nồng độ sinh khối lơ lửng bay hơi
(Mixed Liquor Volatile Suspended Solid)
OLR Tải trọng hữu cơ (Organic Loading Rate)
PAOs Vi sinh vật tích tụ polyphotphat
(Polyphosphate-Accumulating Organism)
QCVN Quy chuẩn Việt Nam

10. viii
RSS Cao su tờ xông khói (Ribbed Smoked Sheets)
SBAR Thiết bị phản ứng khí nâng từng mẻ luân phiên
(Sequencing Batch Airlift Reactor)
SBR Thiết bị phản ứng theo mẻ luân phiên (Sequencing Batch Reactor)
SEM Kính hiển vi điện tử quét (Scanning Electron Microscope)
SMEWW Các phương pháp chuẩn phân tích nước và nước thải
(Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater)
SS Chất rắn lơ lửng (Suspended Solid)
STF Thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt qua lớp mút xốp
(Sponge – based strickling filter)
STR Cao su tiêu chuẩn của Thái Lan (Standard Thai Rubber)
SVI Chỉ số thể tích bùn (Sludge Volume Index)
TAN Tổng amoni nitơ (Total Ammonia Nitrogen)
TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam
TN Tổng nitơ (Total Nitrogen)
TOC Tổng cacbon hữu cơ (Total Organic Carbon)
TP Tổng photpho (Total Phosphorus)
TSS Tổng chất rắn lơ lửng (Total Suspended Solid)
UASB Đệm bùn kỵ khí dòng hướng lên (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)
ULV Tốc độ dâng nước (Upflow Liquid Velocity)
VFA Axits béo dễ bay hơi (Volatile fatty acid)
VSS Chất rắn lơ lửng bay hơi (Volatile Suspended Solid)
VSV Vi sinh vật
XLNT Xử lý nước thải

11. ix
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Thành phần (%) hóa học của mủ CSTN.....................................................5
Bảng 1.2. Đặc trưng nước thải chế biến CSTN tại Thái Lan, Malaysia và Việt Nam7
Bảng 1.3. Đặc tính nước thải của Nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh ........................9
Bảng 1.4. Hợp chất photpho và khả năng chuyển hóa..............................................31
Bảng 2.1. Chế độ thí nghiệm trong giai đoạn khởi động thiết bị EGSB...................53
Bảng 2.2. Chế độ thí nghiệm trong giai đoạn vận hành ổn định thiết bị EGSB.......53
Bảng 2.3. Đặc điểm bùn kỵ khí của thiết bị EGSB trong quá trình khởi động.........60
Bảng 2.4. Tổng hợp các điều kiện thí nghiệm và kết quả khởi động thiết bị EGSB 63
Bảng 2.5. Tổng hợp kết quả nghiên cứu XLNT chế biến CSTN bằng thiết bị EGSB
trong giai đoạn vận hành ổn định..............................................................................73
Bảng 3.1: Nồng độ một số thành phần ô nhiễm trong nước thải chế biến CSTN sau
xử lý kỵ khí bằng thiết bị EGSB ...............................................................................77
Bảng 3.2. Khả năng loại bỏ P, N, Mg ở các pH khác nhau khi không bổ sung magie
và photphat................................................................................................................79
Bảng 3.3. Tỷ lệ % khối lượng các nguyên tố trong kết tủa khi không bổ sung magie..82
Bảng 3.4. Nồng độ trong nước thải và lượng magie bổ sung ...................................84
Bảng 3.5. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol Mg2+
: PO4
3-
đến hiệu suất loại bỏ P, N...........85
Bảng 3.6. Lượng magie, photphat bổ sung và nồng độ sau bổ sung ........................88
Bảng 3.7. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol Mg2+ : NH4+ : PO43- đến hiệu suất loại bỏ P, N88
Bảng 3.8. Tổng hợp kết quả nghiên cứu thu hồi MAP trong nước thải chế biến CSTN.92
Bảng 3.9. Một số kết quả nghiên cứu xử lý Amoni và Photphat bằng kết tủa MAP93
Bảng 4.1. Chế độ hoạt động của các thiết bị SBR cải tiến......................................101
Bảng 4.2. Chế độ thí nghiệm trong giai đoạn khởi động thiết bị SBR cải tiến.......102
Bảng 4.3. Chế độ thí nghiệm trong giai đoạn vận hành ổn định thiết bị SBR cải tiến 102
Bảng 4.4: Một số kết quả nghiên cứu xử lý hữu cơ và nitơ trên thiết bị SBR và các
thiết bị nitrat hóa và khử nitrat đồng thời khác.......................................................114
Bảng 5.1: Thông số nước thải đầu vào và kết quả tính toán đầu ra........................119

12. x
DANH MỤC HÌNH
Hình 1.1. Diện tích và sản lượng CSTN Việt Nam, năm 2000 – 2016 ......................4
Hình 1.2. Sản lượng CSTN của Việt Nam và một số nước năm 2016 .......................4
Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ chế biến mủ CSTN..........................................................6
Hình 1.4. Khảo sát, lấy mẫu nước thải chế biến CSTN..............................................8
Hình 1.5. Sơ đồ phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ .............................................17
Hình 1.6. Tình hình áp dụng công nghệ UASB và EGSB trên thế giới giai đoạn 1984
– 2007........................................................................................................................24
Hình 1.7. Tỷ lệ của N-NH3 trong tổng amoni theo điều kiện nhiệt độ và pH ..........29
Hình 1.8. Chuyển hóa các hợp chất nitơ trong xử lý sinh học..................................37
Hình 1.9. Chu kỳ hoạt động của thiết bị SBR...........................................................41
Hình 1.10. Sơ đồ tổng thể các nội dung nghiên cứu của luận án..............................47
Hình 2.1. Nước thải nghiên cứu thực nghiệm xử lý bằng thiết bị EGSB .................49
Hình 2.2. Lấy mẫu nước thải nghiên cứu thực nghiệm.............................................50
Hình 2.3. Hệ thiết bị thí nghiệm EGSB ....................................................................51
Hình 2.4. Sự thay đổi giá trị pH trong giai đoạn khởi động thiết bị EGSB..............55
Hình 2.5. Bùn hạt của thiết bị EGSB trong quá trình khởi động..............................57
Hình 2.6. Sự thay đổi COD trong giai đoạn khởi động thiết bị EGSB.....................61
Hình 2.7. Sự thay đổi pH trong giai đoạn vận hành ổn định thiết bị EGSB.............64
Hình 2.8. Hiệu suất xử lý COD của thiết bị EGSB trong giai đoạn vận hành ổn định..65
Hình 2.9. Hiệu suất xử lý COD của thiết bị EGSB ở các chế độ OLR khác nhau trong
giai đoạn vận hành ổn định .......................................................................................66
Hình 2.10. Tốc độ xử lý COD của thiết bị EGSB ở các chế độ OLR khác nhau trong
giai đoạn vận hành ổn định .......................................................................................67
Hình 2.11. Ảnh hưởng của ULV đến hiệu suất xử lý COD của thiết bị EGSB........68
Hình 2.12. Sự thay đổi N–amoni trong giai đoạn vận hành ổn định thiết bị EGSB.69
Hình 2.13. Lượng khí sinh ra trong giai đoạn vận hành ổn định thiết bị EGSB.......70
Hình 2.14. Ảnh hưởng của tốc độ dâng nước đến hệ số chuyển hóa khí..................71
Hình 3.1. Thiết bị Jar-Test thí nghiệm thu hồi MAP ................................................77
Hình 3.2. Ảnh hưởng của pH đến hiệu suất loại bỏ N–amoni, COD và khối lượng kết
tủa khi không bổ sung nguồn magie và photphat......................................................81
Hình 3.3. Ảnh SEM của tinh thể MAP tại pH 9,5 (a) và pH 11 (b) .........................82

13. xi
Hình 3.4. Phổ EDX của kết tủa thu được ứng với pH 9,5 (a) và pH 11 (b)..............82
Hình 3.5. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất loại bỏ P–photphat, N–
amoni, magie và COD...............................................................................................83
Hình 3.6. Hiệu suất loại bỏ COD, N–amoni và khối lượng kết tủa khi bổ sung magie 85
Hình 3.7. Sự thay đổi nồng độ các thành phần P, N, Mg trong nước thải sau xử lý
trong trường hợp bổ sung magie ...............................................................................86
Hình 3.8. Hiệu suất loại bỏ các thành phần P, N khi bổ sung magie........................87
Hình 3.9. Hiệu suất loại bỏ COD và khối lượng kết tủa thu hồi khi bổ sung magie và
photphat.....................................................................................................................90
Hình 3.10. Hiệu suất loại bỏ P–photphat và N–amoni theo lượng magie bổ sung...90
Hình 3.11. Hiệu suất loại bỏ P–photphat và N–amoni theo lượng magie bổ sung...91
Hình 3.12. Kết tủa MAP thu được (a) và ảnh SEM của MAP (b) tại tỷ lệ Mg2+
: NH4
+
: PO4
3-
1,4 : 1,0 : 1,0..................................................................................................92
Hình 4.1. Hệ thiết bị SBR cải tiến.............................................................................99
Hình 4.2. Chu trình làm việc của các thiết bị SBR cải tiến ....................................100
Hình 4.3. Sự thay đổi DO trong các thiết bị SBR cải tiến trong một mẻ xử lý ......103
Hình 4.4. Hiệu suất xử lý COD ở các chế độ khác nhau của các thiết bị SBR cải tiến..104
Hình 4.5. Quan hệ giữa tải trọng và hiệu suất xử lý COD của thiết bị SBR cải tiến...104
Hình 4.6. Quan hệ giữa tốc độ xử lý và tải trọng COD của các thiết bị SBR cải tiến .105
Hình 4.7. Hiệu suất xử lý N-amoni ở các chế độ của các thiết bị SBR cải tiến .....106
Hình 4.8. Quan hệ giữa tải trọng và hiệu suất xử lý N–amoni ...............................106
của các thiết bị SBR cải tiến ...................................................................................106
Hình 4.9. Quan hệ giữa tốc độ xử lý và tải trọng N–amoni....................................107
Hình 4.10. Hiệu quả xử lý TN ở các chế độ khác nhau ..........................................108
Hình 4.11. Quan hệ giữa tải trọng và hiệu suất xử lý TN.......................................109
Hình 4.13. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN đến hiệu suất xử lý COD .....................110
Hình 4.14. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN đến hiệu suất xử lý N–amoni...............111
Hình 4.15. Ảnh hưởng của tỷ lệ COD/TN đến hiệu suất xử lý TN ........................112
Hình 4.16. Nồng độ N-nitrat và TN theo tỉ lệ COD/TN ........................................114
Hình 5.1. Sơ đồ công nghệ đề xuất cho hệ thống xử lý nước chế biến CSTN .......117
Hình 5.2. Kết quả tính toán cân bằng vật chất của hệ thống...................................120

14. 1
MỞ ĐẦU
Tính cấp thiết của luận án
Việt Nam là một trong ba nước dẫn đầu thế giới về xuất khẩu cao su thiên
nhiên (CSTN). Sản lượng CSTN năm 2016 của nước ta đạt trên 1 triệu tấn, đứng thứ
3 thế giới, sau Thái Lan và Indonesia [1]. Mỗi năm ngành công nghiệp chế biến CSTN
Việt Nam phát thải trên 25 triệu m3
nước thải. Nước thải chế biến CSTN là một trong
những loại nước thải có mức độ ô nhiễm rất cao bởi các thành phần hữu cơ, nitơ,
photpho và tổng chất rắn lơ lửng (TSS) [2-4].
Hiện nay, công nghệ xử lý nước thải (XLNT) đang được áp dụng trong ngành
chế biến CSTN ở nước ta chủ yếu kết hợp một số trong các quá trình: tách gạn mủ,
tuyển nổi, kỵ khí UASB (đệm bùn kỵ khí dòng hướng lên), mương oxy hóa, bể sục
khí, hồ tảo, hồ sinh học. Theo Nguyễn Ngọc Bích (2011), Nguyen Nhu Hien và Luong
Thanh Thao (2012), các hệ thống XLNT của các nhà máy chế biến CSTN vẫn bộc lộ
nhiều hạn chế như: hiệu quả xử lý chưa cao, các chỉ tiêu BOD, COD, N-amoni, TN
và TSS trong nước thải sau xử lý ở nhiều nhà máy vẫn cao hơn quy chuẩn cho phép
nhiều lần [4-5].
Mặc dù chế biến CSTN được đánh giá là một trong năm ngành công nghiệp điển
hình phát sinh nước thải có tải lượng chất bẩn cao (dệt nhuộm, chế biến mủ cao su, sản
xuất giấy, sản xuất cồn rượu và nước rỉ rác) [6], nhưng tại Việt Nam đến nay có rất ít
nghiên cứu XLNT chế biến CSTN. Một số nghiên cứu trước đây tập trung vào việc kết
hợp thiết bị kỵ khí sử dụng giá thể xơ dừa hoặc UASB với các hồ sinh học [7, 8], nghiên
cứu tạo bùn hạt trong thiết bị UASB để nâng cao hiệu suất xử lý COD [9]. Đến nay,
chưa có nghiên cứu nào theo định hướng xử lý nước thải kết hợp thu hồi đồng thời
năng lượng và các thành phần dinh dưỡng (N, P) trong nước thải chế biến CSTN nhằm
nâng cao hiệu suất xử lý đồng thời các chất hữu cơ, nitơ và photpho; thu hồi năng lượng
và các thành phần hữu ích để giảm chi phí xử lý.
Từ những lý do trên, đề tài luận án “Nghiên cứu xử lý nước thải chế biến cao
su bằng phương pháp hóa lý – sinh học kết hợp” được thực hiện nhằm nghiên cứu
xây dựng công nghệ XLNT chế biến CSTN giải quyết đồng thời các vấn đề: (1) Thu
hồi năng lượng (khí biogas chứa CH4) làm nhiên liệu; (2) Thu hồi đồng thời nitơ và
photpho trong nước thải chế biến CSTN làm phân bón cho nông nghiệp; (3) Cải tiến thiết

15. 2
bị và kết hợp các phương pháp hóa lý – sinh học nhằm nâng cao tải trọng và hiệu quả xử
lý đồng thời các chất hữu cơ và dinh dưỡng N, P trong nước thải chế biến CSTN.
Mục tiêu của đề tài luận án
Nghiên cứu xây dựng công nghệ XLNT chế biến CSTN theo hướng thu hồi các
chất dinh dưỡng và năng lượng bằng các phương pháp hóa lý – sinh học kết hợp.
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
– Đối tượng nghiên cứu: Nước thải chế biến CSTN của Nhà máy chế biến cao su
Hà Tĩnh tại xã Hà Linh, huyện Hương Khê, tỉnh Hà Tĩnh;
– Phạm vị, địa điểm nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện ở quy mô phòng thí
nghiệm tại Viện Công nghệ môi trường.
Nội dung nghiên cứu của đề tài
1) Tổng quan về XLNT chế biến CSTN;
2) Nghiên cứu xử lý các chất hữu cơ trong nước thải chế biến CSTN và thu hồi
năng lượng (khí biogas chứa CH4) bằng thiết bị đệm bùn hạt mở rộng (EGSB);
3) Nghiên cứu xử lý và thu hồi đồng thời nitơ và photpho trong nước thải chế biến
CSTN bằng phương pháp kết tủa Magie Ammoni Photphat (MAP);
4) Nghiên cứu xử lý đồng thời các chất hữu cơ và nitơ trong nước thải chế biến
CSTN sau xử lý kỵ khí trên thiết bị phản ứng theo mẻ luân phiên (SBR) cải tiến;
5) Đề xuất công nghệ XLNT chế biến CSTN theo hướng thu hồi các chất dinh dưỡng
và năng lượng bằng các phương pháp hóa lý – sinh học kết hợp.
Những đóng góp mới của luận án
1) Tạo bùn hạt thành công và đánh giá được khả năng ứng dụng, các điều kiện
công nghệ thích hợp, cũng như khả năng thu hồi năng lượng (khí biogas) của
thiết bị EGSB trong xử lý nước thải chế biến CSTN. Thiết bị EGSB hoạt động
ổn định trong khoảng tải trọng 7-20 kg COD/m3
ngày, hiệu suất xử lý COD
trung bình trên 80%.
2) Đánh giá được khả năng và xác định được các điều kiện công nghệ thích hợp
của phương pháp kết tủa MAP trong xử lý và thu hồi đồng thời nitơ và photpho
trong nước thải chế biến CSTN. Khi bổ sung đồng thời cả nguồn magie và
photphat, hiệu suất loại bỏ N-NH4
+
, COD và khối lượng kết tủa thu hồi lần lượt
là 80,9%, 34,8% và 4,85 g/L nước thải.

16. 3
3) Phát triển thành công thiết bị phản ứng theo mẻ luân phiên (SBR) cải tiến có
khả năng xử lý đồng thời các chất hữu cơ và nitơ trong nước thải chế biến CSTN
với qui trình vận hành được đơn giản hóa và có khả năng tiết kiệm năng lượng
cao. Hiệu quả xử lý của thiết bị SBR cải tiến được nâng cao rõ rệt so với thiết
bị SBR thông thường. Hiệu suất xử lý COD, N-NH4
+
và tổng nitơ (TN) trung
bình là 97%, gần 100% và 94-97% trong khoảng tải trọng COD, N-NH4
+
và TN
tương ứng là 0,9-1,6 kg COD/m3
ngày, 0,11-0,21 kg N-NH4
+
/m3
ngày và 0,16-
0,31 kg TN/m3
ngày.
4) Đề xuất được quy trình công nghệ xử lý nước thải chế biến cao su thiên nhiên
theo hướng thu hồi các chất dinh dưỡng, năng lượng bằng các phương pháp hóa
lý–sinh học kết hợp. Giá trị các thông số COD, N-NH4
+
và TN trong nước thải
sau xử lý đạt QCVN 01-MT: 2015/BTNMT.

17. 4
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan ngành công nghiệp chế biến cao su thiên nhiên (CSTN)
Cây cao su (tên quốc tế là Hevea brasiliensis) do Columbus tìm thấy ở Châu
Mỹ trong khoảng năm 1493 – 1496 và xâm nhập vào Châu Á trong khoảng năm 1876
– 1898. Thời tiết, thổ nhưỡng và những điều kiện khác ở Châu Á, đặc biệt là khu vực
Đông Nam Á rất thích hợp với loại cây này. Chính vì vậy, các nước Thái Lan,
Indonesia, Việt Nam, Malaysia, Ấn Độ và Trung Quốc có sản lượng khai thác và thị
phần xuất khẩu CSTN lớn nhất Thế Giới [10].
1.1.1. Hiện trạng phát triển ngành CSTN của Việt Nam
Cây cao su được trồng đầu tiên tại Việt Nam năm 1877 và phát triển đến nay
tại hầu hết các khu vực trong cả nước, trong đó diện tích trồng cao su lớn nhất là khu
vực Đông Nam Bộ và Tây Nguyên [1, 10]. Diện tích và sản lượng CSTN của Việt
Nam được thể hiện trong các Hình 1.1 và Hình 1.2 [1]:
Tấn, ha 1.000 tấn
Năm Nước
Hình 1.1. Diện tích và sản lượng CSTN
Việt Nam, năm 2000 – 2016
Hình 1.2. Sản lượng CSTN của Việt Nam và
một số nước năm 2016
Từ năm 2000 đến nay, diện tích, năng suất và sản lượng CSTN của nước ta
không ngừng tăng lên. Đến năm 2016, Việt Nam đứng thứ 3 thế giới về sản lượng
CSTN (1,032 triệu tấn) và đứng đầu thế giới về năng suất vườn cây cao su (1,688
tấn/ha). Tuy nhiên, cùng với xu hướng chung của thế giới, giá cao su xuất khẩu của
nước ta biến động mạnh, năm 2011 sau khi đạt đỉnh, khoảng 4.000 USD/tấn, đã giảm
mạnh xuống còn khoảng 1.400 USD/tấn vào năm 2015 và ổn định tại mức giá này
đến nay. Việc giảm giá mạnh này đã tác động rất lớn đến hoạt động khai thác và sản
xuất CSTN của nước ta [1].

18. 5
1.1.2. Thành phần và tính chất mủ CSTN
Latex là mủ cao su ở trạng thái phân tán nằm lơ lửng trong dung dịch chứa
nhiều chất vô cơ và hữu cơ. Mủ cao su là hỗn hợp các cấu tử cao su nằm lơ lửng trong
dung dịch gọi là nhũ thanh hoặc serium. Hạt cao su hình cầu, đường kính < 0,5 µm
chuyển động hỗn loạn trong dung dịch. Trong 1g mủ cao su có khoảng 7,4.1012
hạt
cao su được bao quanh bởi các protein giữ cho latex ở trạng thái ổn định. Thành phần
hóa học của mủ CSTN được thể hiện trong Bảng 1.1 [10, 11].
Bảng 1.1. Thành phần (%) hóa học của mủ CSTN
TT Thành phần Hàm lượng TT Thành phần Hàm lượng
1 Cao su 30 – 40 4 Axits béo và dẫn xuất 1 – 2
2 Nước 52 – 70 5 Glucid và heterosid 1
3 Protein 2 – 3 6 Khoáng chất 0,3 – 0,7
Quá trình biến đổi trong mủ cao su gồm hai giai đoạn: Giai đoạn 1: Các vi sinh
vật (VSV) có sẵn trong mủ cao su (xuất hiện và xâm nhập vào ngay sau khi mủ cao
su chảy ra khỏi cây) tương tác với các thành phần phi cao su trong mủ cao su làm cho
mủ cao su có tính axít; Giai đoạn 2: Quá trình thủy phân các lipids trong mủ cao su
giải phóng các ion âm axít. Những ion âm này được hấp phụ lên bề mặt của những
hạt cao su thay chỗ của màng protein và tương tác với các ion kim loại Mg và Ca có
sẵn trong mủ cao su để hình thành các xà phòng kim loại không tan, kéo các hạt cao
su lại với nhau, dẫn đến độ nhớt của mủ cao su tăng lên. Các enzym phân huỷ protein
làm cho những hạt cao su lộ ra và tiếp xúc trực tiếp với nhau hình thành những hạt
cao su lớn hơn, gây ra sự đông tụ. Do đó, trong bảo quản phải bổ sung NH3 để tăng
pH ngăn cản sự đông tụ, ngược lại khi đánh đông phải bổ sung axít tạo điều kiện quá
trình đông tụ xảy ra.
1.1.3. Công nghệ chế biến mủ CSTN
Trong chế biến cao su, mủ cao su sẽ được khuấy trộn đều trong một bồn chứa,
pha loãng với nước sạch và để lắng trong một thời gian. Mủ cao su sau khi pha loãng
được chuyển sang các mương đánh đông và cho thêm axit vào. Dưới tác dụng của
axit, mủ cao su đông lại thành một khối tách khỏi phần dung dịch còn lại gọi là serum.
Các khối cao su sau đó được gia công bằng nhiều loại thiết bị cơ học khác để cho ra
các hạt cốm có kích thước khoảng 3 – 5 mm. Các hạt cốm tiếp tục được làm khô bằng

19. 6
các thiết bị sấy và cuối cùng được ép lại thành khối bằng các máy ép. Nhìn chung sơ
đồ công nghệ chế biến CSTN được thể hiện như Hình 1.3.
Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ chế biến mủ CSTN
1.2. Đặc trưng nước thải chế biến CSTN
1.2.1. Nguồn gốc và lượng phát sinh nước thải
Trong chế biến CSTN, nước thải phát sinh chủ yếu từ các công đoạn khuấy trộn,
đánh đông mủ cao su và vệ sinh bồn chứa, mương đánh đông, thiết bị, nhà xưởng.
Theo Viện nghiên cứu cao su Việt Nam, lượng nước thải phát sinh trung bình
trong chế biến CSTN tại nước ta khoảng 25m3
nước thải/tấn sản phẩm, trong khi đó
mức này tại Thái Lan là 5,2 – 13,4 m3
nước thải/tấn sản phẩm [12].
1.2.2. Đặc trưng nước thải
Thành phần và đặc tính của nước thải tại mỗi công đoạn chế biến CSTN thường
khác nhau. Nước thải trong quá trình vận chuyển, tồn trữ mủ cao su có pH và N–NH3
cao do sử dụng amoniac để bảo quản chống đông tụ. Tại các công đoạn khác, do sử dụng
axít làm chất đông tụ cùng với sự phân huỷ sinh học lipid và photpho lipid tạo thành các
axít béo bay hơi, nước thải thường có độ pH thấp. Đặc trưng nước thải chế biến CSTN
tại Thái Lan, Malaysia, và Việt Nam như trong Bảng 1.2 [4, 7, 13].
Mủ nước
Đánh đông
Kéo/cán
NH3Mủ tạp Li tâm
Mủ skim
CH3COOHNgâm rửa
Nước Nước thải
Máy cắt
Nước Sàng rung
Nước Sấy
NH3
Latex
60% cao
suÉp
Thành phẩm

20. 7
Bảng 1.2. Đặc trưng nước thải chế biến CSTN tại Thái Lan, Malaysia và Việt Nam
TT Thông số Đơn vị Thái Lan, Malaysia Việt Nam
1 pH - 3,7 – 5,5 4,98 – 5,24
2 BOD mg/L 1.500 – 7.000 4.859 – 13.820
3 COD mg/L 3.500 – 14.000 5.015 – 26.914
4 SS mg/L 200 – 700 273 – 2.220
5 TN mg/L 200 – 1.800 285 – 1.043
6 SO4
2-
mg/L 500 – 2.000 450 – 1.306
7 P–PO4
3-
mg/L - 420 – 450
1.2.3. Đặc trưng nước thải nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh
Nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh, xã Hà Linh, huyện Hương Khê, tỉnh Hà
Tĩnh, có công suất thiết kế 4.500 tấn sản phẩm/năm. Tổng lượng nước thải hiện nay
của Nhà máy khoảng 220 m3
/ngày. Nhà máy đã xây dựng và vận hành hệ thống
XLNT với công suất thiết kế 500 m3
/ngày nhằm đáp ứng nhu cầu XLNT hiện tại và
đảm bảo công suất xử lý khi nhà máy hoạt động đủ công suất thiết kế [14].
Nước thải của nhà máy phát sinh chủ yếu từ công đoạn đánh đông mủ cao su,
cán ép sản phẩm và vệ sinh thiết bị, nhà xưởng. Nước thải công đoạn đánh đông mủ
cao su còn chứa nhiều hạt cao su chưa đông tụ, các loại axit, đường, lipit và protein.
Nồng độ các chất trong nước thải chế biến CSTN phụ thuộc nhiều vào các yếu tố
như: mùa vụ sản xuất; khoảng cách vận chuyển mủ từ nơi cạo mủ về nhà máy; kỹ
thuật đánh đông và vận hành các thiết bị của công nhân; điều kiện và khả năng đảo
trộn trong đánh đông; lượng nước sử dụng trong các công đoạn.
Kết quả khảo sát, lấy mẫu và phân tích mẫu nước thải (Hình 1.4 và Bảng 1.3)
của Nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh (nước thải tại bể chứa nước thải chung của nhà
máy), cho thấy, nước thải trước xử lý của nhà máy có pH thấp, mức độ ô nhiễm rất
cao, chủ yếu là TSS, BOD, COD và TN.
Các chất ô nhiễm khác như phốt pho, magie, canxi... trong nước thải chế biến
mủ cao su phát sinh từ trong mủ CSTN. Nồng độ photpho khoảng 2,0 – 4,2 mg P2O5/g
cao su trong trích khô phần vàng mủ cao su và 16 – 28 mg P2O5/g cao su trong trích
khô phần trắng (pha cao su bị phân tán) [10].

21. 8
Hình 1.4. Khảo sát, lấy mẫu nước thải chế biến CSTN
Như vậy, nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải trước khi xử lý của Nhà
máy chế biến cao su Hà Tĩnh đều cao hơn nhiều tiêu chuẩn cho phép. So sánh với
nước thải của một số nhà máy chế biến CSTN khác cho thấy:
– Nồng độ COD và TN trong nước thải chung của một số nhà máy chế biến cao
su khu vực Đông Nam Bộ cao hơn trong nước thải chung của Nhà máy chế biến cao
su Hà Tĩnh lần lượt là 1,5 – 3,5 lần và 1,3 – 2,5 lần [4]. Tương tự, nồng độ COD trong
nước thải khâu đánh đông của Nhà máy chế biến cao su Thanh Hóa cũng cao hơn của
Nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh khoảng 1,2 – 1,5 lần [9].
– Tỷ lệ BOD/COD trong nước thải của một số nhà máy chế biến cao su như Lộc
Hiệp, Tân Biên, Vên Vên, Bố La và Thanh Hóa tương tự nhau, trong khoảng 0,53 –
0,63, tại Nhà máy chế biến cao su Xuân Lập, Tân Lập và Quản Lợi lần lượt là 0,73,
0,41, và 0,32. Trong khi tỷ lệ BOD/COD trong nước thải của Nhà máy chế biến cao su
Hà Tĩnh tương đối cao, trong khoảng 0,51 – 0,78 [4, 9].
– Tỷ lệ N-NH4
+
/TN trong nước thải của các nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh
tương đối ổn định, khoảng 0,56 – 0,68. Tỷ lệ này phụ thuộc vào lượng NH3 sử dụng
để chống đông trong quá trình thu gom và vận chuyển mủ cao su, cụ thể tại các nhà
máy chế biến cao su Thanh Hóa; Lộc Hiệp; Quan Lợi; Tân Lập; Tân Biên; Vên Vên;
Bố La; và Xuân Lập lần lượt là: 0,33 – 0,6; 0,55; 0,47; 0,42; 0,78; 0,43; 0,7; và 0,8
[4, 9].
– Nước thải của Nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh có nồng độ chất ô nhiễm hữu
cơ và TN thấp, tỷ lệ N-NH4
+
/TN ổn định hơn các nhà máy khác do nhà máy chủ yếu
sử dụng nguồn cung cấp mủ cao su trên địa bàn huyện Hương Khê, Hà Tĩnh nên
khoảng cách từ khu vực cạo mủ về Nhà máy không xa, do đó ít phải sử dụng chất
chống đông NH3 và khi đánh đông lượng axit acetic sử dụng cũng ít hơn.

22. 9
Bảng 1.3. Đặc tính nước thải của Nhà máy chế biến cao su Hà Tĩnh
TT Thông số Đơn vị
Kết quả
QCVN
Tháng 3/2012 Tháng 10/2013 Tháng 8/2016 Tháng 11/2016 Tháng 4/2017
1 pH - 4,8 – 5,2 4,8 – 5,0 5,5 – 5,8 4,4 – 4,5 5,2 – 5,4 6 – 9*
BOD5 mg/L 4.050 – 4.379 3.830 – 3.924 4.550 – 4.743 3.960 – 4.172 3.890 – 4.066 50*
2 COD mg/L 5.320 – 5.550 6.860 – 7.650 6350 – 6.540 7.120 – 7.450 6.020 – 6.256 250*
3 TSS mg/L 765 – 850 864 – 945 920 – 1025 965 – 895 980 – 1.126 100*
4 PO4
3-
P mg/L 106 – 120 86 – 100 125 – 140 95 – 107 165 – 189 -
5 TP mg/L 185 – 192 205 – 215 175 – 182 130 – 136 208 – 240 6**
6 NH4
+
N mg/L 145 – 160 128 – 135 195 – 220 152 – 163 215 – 249 60*
7 TN mg/L 240 – 250 235 – 242 316 – 365 208 – 238 355 – 398 80*
8 Mg mg/L 35 – 42 45 – 56 42 – 50 34 – 38 52 – 65 -
9 Ca mg/L 10 – 15 12 – 20 15 – 18 10 – 16 18 – 22 -
Ghi chú: * - QCVN 01-MT:2015/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sơ chế CSTN; ** - QCVN 40:2011/BTNMT: Quy chuẩn kỹ thuật quốc
gia về nước thải công nghiệp.

23. 10
1.3. Tình hình nghiên cứu xử lý nước thải chế biến CSTN
1.3.1. Ngoài nước
Trên thế giới, nhiều nước đã nghiên cứu các biện pháp XLNT chế biến cao su
từ rất sớm, nhưng bắt đầu được áp dụng rộng rãi trong thực tế từ những năm 2000,
các nghiên cứu và ứng dụng thực tế chủ yếu tập trung vào các quá trình kỵ khí, hiếu
khí, công nghệ sử dụng thực vật, hồ sinh học, hồ nuôi tảo và một số quá trình hóa lý
– hóa học.
V. Thongnuekhang và U. Puetpaiboon (2004) đã nghiên cứu sử dụng thực vật
để XLNT chế biến CSTN. Giá trị các thông số đầu vào bao gồm TN, NH3-N, Org–
N, BOD và SO4
2-
đối với thí nghiệm có cây bìm bìm, thảm cỏ nhiệt đới và thiết bị
kiểm soát (không có thực vật) lần lượt là 41,0014,06 mg/L, 35,7914,15 mg/L,
5,222,23 mg/L, 6211 mg/L và 482243 mg/L; 33,0513,79 mg/L, 28,0513,17
mg/L, 5,002,60 mg/L, 658 mg/L và 471194 mg/L; 10,034,72 mg/L, 7,164,04
mg/L, 2,881,14mg/L, 377 mg/L và 30871 mg/L. Các thí nghiệm được thực hiện
ở quy mô pilot. Hiệu suất xử lý đối với các chỉ tiêu TN, NH3-N, Org–N, BOD và
SO4
2-
lần lượt như sau: đối với thảm cỏ nhiệt đới là 92%, 97%, 61%, 88%, và 52%;
đối với bìm bìm là 75%, 80%, 43%, 41% và 30%; đối với hệ không có thực vật là
74%, 80%, 41%, 31%, và 28%. Kết quả cho thấy, khi xử lý với thảm cỏ nhiệt đới cho
kết quả tốt nhất đối với tất cả các chỉ tiêu trong nước thải. Trong khi đó, hiệu suất xử
lý khi sử dụng cây bìm bìm và khi không có một loại thực vật nào khác nhau không
đáng kể [15].
J. Anotai và các cộng sự (2007) đã kết hợp phương pháp hóa học và sinh học
để XLNT chế biến mủ CSTN với nồng độ Zn và COD lần lượt là 816 mg/L và 20.862
mg/L. Đầu tiên sử dụng kết tủa sunphua để xử lý Zn, hàm lượng Zn trong nước thải
sau xử lý nhỏ hơn 2 mg/L. Nước thải sau đó được kết hợp xử lý bằng phương pháp
lọc kỵ khí và bùn hoạt tính. Công đoạn lọc kỵ khí cho hiệu suất xử lý COD đạt 92%
tại mức tải trọng 11,8 kg COD/m3
·ngày với hệ số chuyển hóa khí là 0,32 L/g COD
chuyển hóa. Cuối cùng nước thải được xử lý bằng công nghệ bùn hoạt tính cho hiệu
suất xử lý COD, BOD lần lượt đạt 96,6% và 99,4%. Giá trị COD và BOD trong nước
thải đầu ra lần lượt là 71 và 11 mg/L [16].

24. 11
I. O. Asia, và E. E. Akporhono (2007) đã nghiên cứu sử dụng phương pháp
keo tụ để xử lý nước thải chế biến cao su. Giá trị BOD và COD nước thải đầu vào lần
lượt là 2.610 và 3.142 mg/L. Hiệu suất xử lý BOD đạt 98 – 98,9%, COD đạt 97 –
99%, phốt pho đạt 90 – 93%, nồng độ TN, N–NH3 và N–NO3 có giảm nhưng không
đáng kể [17].
M. Mohammadi và các cộng sự (2010) đã tổng hợp các công nghệ XLNT đang
được áp dụng tại Malaysia. Kết quả cho thấy các biện pháp thông dụng nhất là hồ sinh
học với hơn 500 nhà máy chế biến CSTN hoặc dầu cọ đang áp dụng. Trước các hồ sinh
học thường được bố trí kết hợp các bẫy cao su và công đoạn trung hòa axit – bazơ.
Biện pháp xử lý sinh học kết hợp kị khí và hiếu khí rất phù hợp với các nhà máy có
diện tích nhỏ và đang được sử dụng rộng rãi tại Batang, Kali, Malaysia cho hiệu quả
cao, mỗi ngày sản sinh 8.000 m3
khí sinh học. Với giá trị COD đầu vào khoảng 18.219
mg/L, công nghệ lọc sinh học kỵ khí cho hiệu suất xử lý COD đạt 92% tại mức OLR
11,8 kg COD/m3
·ngày [13].
N. Z. R. Anwar và các cộng sự (2013) đã nghiên cứu XLNT chế biến cao su
bằng thiết bị phản ứng kỵ khí theo mẻ (ASBR). Nước thải đầu vào có giá trị BOD,
COD, độ đục và TSS lần lượt là 587 mg/L, 1.377 mg/L, 657 NTU và 465 mg/L. Nghiên
cứu này tập trung đánh giá ảnh hưởng của tỷ lệ VSV/khối lượng nước thải theo 4 tỷ lệ:
1: 100; 1: 500; 1: 1000; 1: 2000. Kết quả nghiên cứu cho thấy: với tỷ lệ VSV/nước thải
là 1: 1000 (tỷ lệ tối ưu) hiệu quả xử lý BOD, COD, độ đục, và TSS lần lượt đạt 62%,
60%, 62%, và 84%. Giá trị các thông số BOD, COD, độ đục và TSS trong nước thải
sau xử lý lần lượt là 226 mg/L, 557 mg/l, BOD5, 255 NTU và 75 mg/l. Trong nghiên
cứu này không đề cập đến mức OLR và các chất ô nhiễm trong nước thải sau xử lý còn
khá cao [18].
1.3.2. Trong nước
Hiện nay, ở nước ta các công nghệ chủ yếu được áp dụng để XLNT chế biến
CSTN là kết hợp một số trong các quá trình: tách gạn mủ, tuyển nổi, UASB, mương
oxy hóa, bể sục khí, lọc sinh học hiếu khí, hồ tảo, hồ ổn định. Đến nay, đã có một số
nghiên cứu XLNT chế biến CSTN, cụ thể như sau:
Nguyễn Trung Việt (1999) đã tập trung nghiên cứu và đánh giá tính khả thi của
hệ thống UASB nhằm XLNT chế biến CSTN phù hợp với điều kiện Việt Nam. Kết
quả cho thấy, hệ thống xử lý kỵ khí tốc độ cao, đặc biệt thiết bị UASB là phương án

25. 12
thích hợp để XLNT chế biến CSTN. Ở pH 7,0 –7,4 và tải trọng 0,2g COD/gVSS/ngày,
protein phân huỷ hoàn toàn hơn ở pH 4,8; sự phân huỷ protein xảy ra không hoàn toàn
do sự có mặt của các protein bền vững như hevein. Trong quá trình phân huỷ protein,
có thể làm giảm pH xuống dưới 5 do việc tạo thành axít béo bay hơi (VFA) trong điều
kiện nghèo dinh dưỡng. Giá trị pH nhỏ hơn 6,0 ảnh hưởng đến tốc độ phân huỷ kỵ khí,
tuy nhiên kết quả theo dõi thí nghiệm ở pH 5,0 VSV metan hóa vẫn có thể phát triển
và hồi phục lại ở điều kiện tốt bằng cách chuyển acetate thành methane và bicarbonate
làm tăng khả năng đệm của hệ thống kỵ khí. Thiết bị UASB có thể hoạt động ổn định
với OLR lên đến 15 – 20 kg COD/m3
·ngày, HRT trong khoảng 2 – 6h, tốc độ dâng
nước (Upflow Liquid Velocity, ULV) là 0,4 m/h. Hiệu quả xử lý có thể đạt 79,8 –
87,9%, tương ứng với tải trọng thuỷ lực 7,3 – 9,1 m3
/m3
, chiều cao lớp bùn trong thiết
bị UASB cuối giai đoạn thí nghiệm là 12 – 15 cm. Bùn có khả năng đệm để điều chỉnh
giá trị pH đầu vào, sự phục hồi bùn do pH thấp cần khoảng 2 – 3 ngày sau khi sử dụng
nước thải có pH 6,0 – 6,2. Vấn đề pH có thể giải quyết bằng cách tuần hoàn dòng thải
và điều chỉnh pH dòng vào. Trong nghiên cứu này chưa thấy đề cập đến hiệu quả xử
lý nitơ [7].
Nguyễn Ngọc Bích (2003), đã nghiên cứu xây dựng công nghệ XLNT thích
hợp cho ngành chế biến CSTN Việt Nam với công nghệ đề xuất là: Bể điều hoà – Bể
gạn mủ – Bể kỵ khí xơ dừa – Bể tảo cao tải – Bể lục bình. Xơ dừa ở dạng sợi được
kết lại làm giá thể cho VSV phát triển nhằm tăng nồng độ vi sinh trong bể kỵ khí do
đó nâng cao hiệu suất XLNT, tảo và lục bình xử lý chất dinh dưỡng và khử mùi. Với
hàm lượng COD, BOD và TN dòng vào lần lượt là 6.131 mg/L, 4.006 mg/L và 273
mg/L, hiệu suất xử lý COD, BOD, TN, SS của bể kỵ khí xơ dừa ở điều kiện HRT 2
ngày lần lượt là: 94,1%, 95,0%; 19,4%, 84,3%. Hiệu suất xử lý COD, BOD, TN và
SS của bể tảo cao tải lần lượt là: 11,0%; 69,5%; 74,2%; và 38,3%. Trong khi đó, hiệu
suất xử lý COD, BOD, TN của bể lục bình lần lượt là 75,5%; 52,5%; 80,9%. Hàm
lượng COD, BOD, TN, N-NH3 và SS trong nước thải sau xử lý của cả hệ thống lần
lượt là 65 mg/L; 29 mg/L; 9,4 mg/L; 1,8 mg/L; và 37 mg/L [8].
Nguyễn Ngọc Bích (2011) đã nghiên cứu áp dụng công nghệ hồ tảo trong hệ
thống XLNT tại 5 nhà máy cao su: Thuận Phú, Ngọc Hồi, Krông Buk, Lộc Hiệp và
Xưởng Cao su tờ Lai Khê. Tổng thời gian lưu nước của hệ thống là 21 ngày, trong
đó công đoạn xử lý kỵ khí và gạn mủ là 7 ngày, công đoạn xử lý bằng bể tảo là 9 ngày

26. 13
và công đoạn ổn định sinh học là 5 ngày. Tổng diện tích mặt nước là 39.565 m2
. Kết
quả sau 2 năm thử nghiệm cho thấy, công nghệ này ít gây mùi hôi trong quá trình xử
lý, không tiêu hao hóa chất, vận hành đơn giản. Tuy nhiên cần diện tích mặt bằng lớn
và cần có thêm thời gian dài để theo dõi và điều chỉnh cho phù hợp do một số chỉ tiêu
cụ thể vẫn chưa đạt và hệ số an toàn không cao [5].
Nguyễn Thị Thanh (2016) đã nghiên cứu quá trình tạo bùn hạt trong hệ thống
UASB nhằm XLNT sơ chế mủ cao su. Kết quả cho thấy, sau 73 ngày hoạt hóa với
OLR từ 0,26 – 0,72 kg COD/m3
ngày, HRT 18 h, MLSS đạt 58,9 g/L và SVI đạt 29,2
mL/g. Bùn hạt được hình thành tốt nhất khi bổ sung 1 g/L rỉ đường trong 38 ngày với
OLR 3,19 ± kg COD/m3
ngày và HRT 12h. Bùn hạt có kích thước lớn hơn 1 mm đạt
38,7%, SVI đạt 12,03 mL/g, hiệu suất sinh metan đạt 0,324 ± 0,037 m3
–CH4/kg COD
chuyển hóa tăng 25,6% so với bùn phân tán ở cùng điều kiện. Nghiên cứu cũng đã xác
định được các nhóm vi khuẩn tham gia vào quá trình hình thành bùn hạt. Kết quả thử
nghiệm bùn hạt để XLNT chế biến CSTN trong thiết bị UASB đã nâng cao được OLR
lên 15,3 kg COD/m3
ngày với hiệu suất xử lý COD đạt 95,8% [9].
Dự án tạo lập chu trình vòng khí thải cacbon với CSTN (ESCANBER) đã
nghiên cứu phát triển công nghệ XLNT chế biến CSTN tại Việt Nam. Đây là 1 trong
5 nội dung chính của Dự án ESCANBER được thực hiện trong 5 năm (2011 – 2016)
do Cơ quan hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA) tài trợ, các cơ quan thực hiện chính gồm
Đại học Bách khoa Hà Nội (HUST), Viện Nghiên cứu Cao su Việt Nam (RRIV), Đại
học Công nghệ Nagaoka (NUT). Kết quả nghiên cứu của dự án đã đề xuất quy trình
công nghệ XLNT chế biến CSTN Việt Nam bao gồm 2 công đoạn chính: xử lý qua
thiết bị UASB và thiết bị DHS. Hệ thống thiết bị UASB – DHS có khả năng giảm chi
phí điện năng và giảm 90% lượng khí nhà kính so với các công nghệ hiện đang áp
dụng tại các nhà máy chế biến CSTN tại Việt Nam. Hàm lượng BOD, COD, TSS,
TN, amoni trong nước thải đầu ra lần lượt là: 30 mg/L, 120 mg/L, 15 mg/L, 53 mg/L,
53 mg/L. Các chỉ tiêu này nhìn chung đạt yêu cầu xả thải theo QCVN 01-MT:
2015/BTNMT đối với các cơ sở chế biến CSTN đang hoạt động. Tuy nhiên, báo cáo
tổng kết dự án chưa đề cập đến OLR của hệ thống thiết bị. Mặt khác, kết quả nghiên
cứu cũng cho thấy hiệu suất xử lý N–amoni của hệ thống chưa ổn định [19].
Takahiro Watari và các cộng sự (2016) đã nghiên cứu phát triển hệ thống
XLNT chế biến CSTN quy mô phòng thí nghiệm tại Việt Nam. Hệ thống XLNT kết

27. 14
hợp 3 thiết bị: thiết bị xử lý dạng vách ngăn (Baffled Reactor, BR) – thiết bị UASB
– thiết bị DHS. Nước thải được lấy từ nhà máy chế biến cao su tại Thanh Hóa. Các
thí nghiệm được thực hiện trong phòng thí nghiệm với thiết bị UASB được duy trì
nhiệt độ ổn định 350
C. Các nghiên cứu được thực hiện trong 2 giai đoạn: giai đoạn 1
(ngày 1 đến 44) với COD đầu vào là 4.300 ± 1070 mg/L; giai đoạn 2 (từ ngày 45 đến
ngày 126) với COD đầu vào 8.430 ± 1.640 mg/L. Kết quả nghiên cứu cho thấy thiết
bị BR có khả năng loại bỏ 47,6% TSS, cũng như axit hóa các hợp chất hữu cơ trong
nước thải. Hiệu suất xử lý COD của thiết bị UASB đạt 92,7% ± 2,3% với mức OLR
12,2 ± 6,6 kg COD/m3
ngày. Trong khi đó, thiết bị DHS cũng rất hiệu quả trong việc
xử lý các chất hữu cơ còn lại sau quá trình xử lý kỵ khí. Hiệu suất xử lý của toàn bộ
hệ thống đối với COD và TSS lần lượt đạt 98,6% ± 1,2% và 98,0% ± 1,4%. Tuy
nhiên, hiệu suất xử lý TN chỉ đạt 35,9% ± 20% và khoảng 20% amoni chuyển sang
dạng nitrat và nitrit. Các chỉ tiêu COD, TSS, TN, amoni, nitrat và nitrit trong nước
thải ra của hệ thống lần lượt là 120 ± 100 mg/L, 36 ± 41 mg/L, 220 ± 43 mg/L, 100
± 96 mg/L, 28 ± 25 mg/L và 9,4 ± 11 mg/L. Nồng độ TN, amoni trong nước thải đầu
ra của hệ thống cao hơn quy chuẩn xả thải của Việt Nam (QCVN 01-MT:
2015/BTNMT) nhiều lần [20].
Takahiro Watari (2018) đã nghiên cứu phát triển hệ thống XLNT chế biến
CSTN tại Việt Nam. Hệ thống XLNT quy mô phòng thí nghiệm bao gồm thiết bị BR
– thiết bị UASB – thiết bị DHS. Dung tích hoạt động của các thiết bị BR; thiết bị
UASB lần lượt là: 43,7 L; 9,0 L. Dung tích bể phản ứng và giá thể mút xốp của thiết
bị DHS lần lượt là 40 L và 8,4 L. Nước thải chế biến cao su được lấy tại công đoạn
đánh đông của nhà máy chế biến cao su Thanh Hóa với các chỉ tiêu BOD; COD tổng;
TSS; VSS lần lượt là 12.000 ± 3.100 mg/L; 23.200 ± 6.000 mg/L; 1.450 ± 580 mg/L;
1.300 ± 350 mg/L. Nước thải được pha loãng bằng nước máy để đạt được giá trị COD
thích hợp. Thiết bị UASB được duy trì nhiệt độ 350
C, trong khi thiết bị BR và thiết
bị DHS hoạt động trong điều kiện nhiệt độ phòng. Thiết bị UASB được khởi động
với mức COD ban đầu khoảng 2.000 mg/L và tăng dần lên mức 4.000 mg/L trong
giai đoạn 1 (44 ngày) nhằm tăng mức OLR của thiết bị. Trong giai đoạn 2, COD được
tăng lên 8.500 mg/L để đạt được mức tương tự nước thải chung của nhà máy chế biến
CSTN. Sau 126 ngày khởi động và hoạt động, hiệu suất xử lý COD của toàn hệ thống
đạt 92,7 ± 2,3%. Với thiết bị UASB, tại mức OLR 12,2 ± 6,2 kg COD/m3
ngày, lượng

28. 15
khí methan thu hồi đạt 93,3 ± 19,3%. Quy trình công nghệ này được tiếp tục nghiên
cứu ở quy mô pilot tại nhà máy chế biến cao su tại Bình Dương với các thiết bị và
dung tích như sau: thiết bị kỵ khí dạng vách ngăn (76,5 m3
) – bình chứa (5 m3
) – thiết
bị UASB (3 m3
) – bể lắng (1 m3
) – thiết bị DHS (2 m3
). Sau 267 ngày hoạt động,
hiệu suất xử lý COD và BOD của thiết bị UASB ở mức OLR 1,7 ± 0,6 kg
COD/m3
ngày lần lượt là 55,6 ± 16,6% và 77,8 ± 10,3%. Hiệu suất xử lý COD và TN
của thiết bị DHS lần lượt là 64,2 ± 7,5% và 55,3 ± 19,2%. Nồng độ COD và TN trong
nước thải đầu ra của hệ thống xử lý lần lượt là 140 ± 64 mg/L và 58 ± 24 mg/L. Thiết
bị DHS có thể giảm HRT từ 30 ngày xuống còn 4,8 giờ so với bể tảo hiện tại của nhà
máy. Vi khuẩn oxy hóa amoni kỵ khí (Anaerobic Ammonium Oxidation, Anammox)
cũng được phát hiện trong bùn lưu của hệ thống xử lý. Ngoài ra, trong nghiên cứu này
còn phát triển phương pháp anammox sử dụng thiết bị lọc sinh học nhỏ giọt qua lớp
mút xốp (Sponge – based strickling filter, STF) để xử lý ammoni trong nước thải chế
biến CSTN quy mô phòng thí nghiệm. Nước thải sử dụng trong nghiên cứu này là nước
thải pha. Thiết bị STF với dung tích 991 cm3
được sử dụng trong điều kiện nhiệt độ
được kiểm soát khoảng 300
C. Thiết bị STF được khởi động bằng bùn giống anammox
với nồng độ sinh khối lơ lửng (Mixed Liquor Suspended Solid, MLSS) là 510 ± 50
mg/L. Thời gian khởi động và vận hành thiết bị STF được chia thành 3 giai đoạn: giai
đoạn 1 (ngày 1 đến 25), giai đoạn 2 (ngày 26 đến 97) và giai đoạn 3 (ngày 98 – 181).
Lưu lượng trong 3 giai đoạn của thiết bị STF lần lượt là: 9,6 ± 0,5 L/ngày; 10,6 ± 2,4
L/ngày; và 7,1 ± 2,2 L/ngày. HRT trong 3 giai đoạn của thiết bị STF lần lượt là: 2,5 ±
0,2 giờ; 2,4 ± 0,7 giờ; và 2,7 ± 1,3 giờ. Nồng độ ammoni đầu vào trong 3 giai đoạn của
thiết bị STF lần lượt là: 52 ± 3,6 mg/L; 133 ± 27 mg/L; và 79 ± 19 mg/L. Tải trọng nitơ
trong 3 giai đoạn của thiết bị STF lần lượt là: 0,48 ± 0,03 kg N/m3
ngày; 1,47 ± 0,27
kg N/m3
ngày; và 0,55 ± 0,2 kg N/m3
ngày. Kết quả nghiên cứu cho thấy, thiết bị STF
cho hiệu suất xử lý ammoni tương đối cao, đạt 70,0 ± 19,1% với mức tải trọng nitơ
1,41 ± 0,27 kg N/m3
ngày. Tuy nhiên, nghiên cứu này cũng chỉ ra rằng có nhiều hạn
chế trong việc xử lý ammoni khi sử dụng thiết bị STF. Hệ VSV trong bùn của thiết bị
STF không chỉ có vi khuẩn anammox mà còn xuất hiện nhiều vi khuẩn khử nitrat. Do
đó phương pháp này cần nghiên cứu thêm để có thể ứng dụng trong xử lý ammoni
trong nước thải nói chung và nước thải chế biến CSTN nói riêng [21].

29. 16
Nguyễn Như Hiển (2018) đã nghiên cứu xử lý nitơ trong nước thải chế biến mủ
cao su kết hợp quá trình nitrit hóa bán phần – anammox ở điều kiện giới hạn oxy trong
cùng một bể phản ứng (Oxygen Limited Autotrophic Nitritation/Detrification –
OLAND) gồm hệ bùn lơ lửng và bùn giá thể. Bùn nuôi cấy bao gồm bùn anammox và
bùn AOB được lấy từ bể IC và SBR xử lý nước rỉ rác trong phòng thí nghiệm Khoa
Môi trường và Tài nguyên – Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh. Bùn được
nuôi cấy trong bể phản ứng bằng nước thải nhân tạo, vận hành theo chế độ nạp theo
mẻ với thể tích nạp là 15 L, tỷ số trao đổi thể tích là 0,5. Thời gian của một chu kỳ là
480 phút, bao gồm 4 pha: (1) pha nạp: 10 phút; (2) pha phản ứng: 420 phút; (3) pha
lắng: 40 phút; (4) pha tháo nước thải: 10 phút. Giá trị các thông số DO, pH và HRT đối
với nuôi cấy anammox và nuôi cấy AOB lần lượt là: <0,5 mg/L; 6,8 – 7,0; 0,6 ngày và
0,4 – 0,8 mg/L; 7,3 – 7,5; 0,6 ngày. Quá trình nuôi cấy bùn anammox trong 30 ngày
với tải trọng nitơ đầu vào tăng dần 0,08 kgN/m3
ngày, 0,16 kgN/m3
ngày và 0,42
kgN/m3
ngày. Kết thúc giai đoạn nuôi cấy bùn anammox, nồng độ MLSS của bùn lơ
lửng và bùn giá thể lần lượt là 2.500 mg/L và 2.000 mg/L, tỷ lệ MLVSS/MLSS là 0,62,
cho thấy khả năng bám giữ và tích lũy của bùn giá thể là rất tốt. Quá trình làm giàu bùn
AOB diễn ra trong 60 ngày, được thực hiện sau khi đã hoàn thành quá trình làm giàu
bùn anammox, giai đoạn này mô hình OLAND được duy trì tải trọng nitơ đầu vào là
0,42 kgN/m3
ngày. Kết thúc giai đoạn nuôi cấy bùn AOB, nồng độ MLSS của bùn lơ
lửng và bùn giá thể lần lượt là 3.200 mg/L và 3.498 mg/L. Kết thúc giai đoạn nuôi cấy,
làm giàu bùn cho thấy vi khuẩn anammox và AOB phát triển tốt trong bùn lơ lửng và
bùn giá thể. Sau đó, nghiên cứu thực hiện đánh giá mô hình OLAND ở chế độ thổi khí
liên tục và thổi khí gián đoạn ở các giá trị DO khác nhau đối với nước thải cao su đã
qua công đoạn tiền xử lý COD, giá trị COD đầu vào dao động trong khoảng 47 – 80
mg/L. Tại chế độ thổi khí liên tục cho thấy giá trị DO khoảng 0,1 – 0,2 mg/L là phù
hợp cho kiểm soát quá trình trong mô hình OLAND xử lý nước thải chế biến mủ cao
su. Tại chế độ thí nghiệm này, hiệu suất xử lý nitơ trung bình là 89,7% tại mức tải trọng
0,29 kg N/m3
ngày, hiệu suất xử lý COD là 56 ± 7%. Tại chế độ thổi khí gián đoạn, kết
quả quả nghiên cứu cho thấy mô hình OLAND vận hành hiệu quả ở chế độ thổi khí 20
phút nghỉ, 40 phút thổi. Tại chế độ này, hiệu suất xử lý TN, N-NH4
+
và COD trung
bình lần lượt là 87%, 93% và 45%. Nồng độ TN, N-NH4
+
và COD đầu ra đạt QCVN
01-MT: 2015/BTNMT, cột A [22].

30. 17
1.4. Một số phương pháp xử lý nước thải liên quan đến đề tài luận án
1.4.1. Phương pháp sinh học kỵ khí
1.4.1.1. Quá trình phân hủy kỵ khí
1) Cơ chế của quá trình phân hủy kỵ khí
Quá trình phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy sinh học không có ô xy được
thực hiện bởi các VSV qua nhiều giai đoạn khác nhau và sản phẩm cuối cùng là các
khí sinh học, trong đó chủ yếu là khí CH4 (40 – 70%) và CO2 (25 – 40%), một phần
nhỏ còn lại là hơi nước và các khí hydro, nitơ, sulfua [23]. Quá trình phân hủy kỵ khí
chất hữu cơ (CxHyOzNtS) có thể được mô tả bằng phương trình tổng quát như sau [3].
CxHyOzNtS  CO2 + H2O + CH4 + NH4
+
+ H2 + H2S + Tế bào VSV (1.1)
Quá trình phân hủy kỵ khí được chia thành 4 giai đoạn (Hình 1.5), bao gồm:
Thủy phân (Hydrolysis), Axit hóa hoặc lên men (Acidogenesis/Fermentation), Axetat
hóa (Acetogenesis), và Metan hóa (Methanogenesis) [24].
Hình 1.5. Sơ đồ phân hủy kỵ khí các hợp chất hữu cơ
Các giai đoạn của quá trình phân hủy kỵ khí và các VSV tham gia như sau:
Giai đoạn thủy phân (Hydrolysis)
Trong giai đoạn này, các hợp chất hữu cơ phức tạp (protein, lipit,
cacbonhydrat) được các nhóm VSV có hoạt tính thủy phân phân hủy thành các dạng
chất hữu cơ đơn giản tan trong môi trường nước như axit amin, axit béo, đường…
Nhóm VSV này tiết ra các enzym ngoại bào như xenllulaza, proteaza, lipaza xúc tác
Hợp chất hữu cơ
Protein Cacbonhydrat Lipit
Amino axit, đường Axit béo, alcohol
Sản phẩm trung gian
(Axetic, Proionic, Butyric, …)
Axetat H2, CO2
CH4, CO2
VSV thủy phân
Vi khuẩn lên men
sinh axit
VSV metan hóa
Vi khuẩn cố định
hydro sinh acetat

31. 18
thủy phân các hợp chất hữu cơ cao phân tử [25]. Đây là quần thể VSV có số lượng
đông đảo nhất, có thể lên tới 108
– 109
VSV thủy phân/mL bùn thải sinh học bao gồm
các nhóm như Eubacterium và Clostridium [26].
Đối với các hợp chất gluxit do có phân tử lượng nhỏ nên thường được phân
hủy nhanh, trong khi các hợp chất chứa nitơ và hợp chất hữu cơ có phân tử lượng lớn
thường được phân hủy chậm hơn, đặc biệt xenlulo và lignoxenlulo. Do đó, trong
trường hợp nước thải có nồng độ chất rắn lơ lửng cao, quá trình thủy phân thường
diễn ra chậm. Giai đoạn thủy phân thường bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như nhiệt độ
và đặc tính của nước thải, trong đó quan trọng nhất là pH và đặc điểm các hợp chất
hữu cơ trong nước thải [27].
Giai đoạn axit hóa hoặc lên men (Acidogenesis/Fermentation)
Các sản phẩm của giai đoạn thủy phân sẽ được các vi khuẩn lên men hấp thu
và chuyển hóa thành các axit hữu cơ phân tử lượng nhỏ (propionic, axetic, butyric,
foocmic, succinic…), rượu (etanol, metanol), các aldehit và axeton, CO2, H2… Thành
phần của các sản phẩm lên men phụ thuộc vào bản chất của các chất ô nhiễm, tác
nhân sinh học và điều kiện môi trường trong các thiết bị xử lý. Một số nhóm VSV
chính tham gia quá trình axit hóa gồm: Bacillus, Clostridium, Micrococcus
Pseudomonas, …[28].
Giai đoạn axetat hóa (Acetogenesis)
Trong các sản phẩm của quá trình lên men, chỉ có axit acetic được các vi khuẩn
tạo metan có thể sử dụng trực tiếp, các chất khác cần được phân hủy tiếp thành các
sản phẩm có phân tử đơn giản hơn. Các VSV tham gia quá trình axetat hóa điển hình
là Syntrophomonas và Syntrophobacter [28]. Trong giai đoạn này, sản phẩm tạo
thành nhiều khí hydro, đây là nguồn cơ chất trực tiếp, cùng với CO2, cho nhóm VSV
metan hóa sử dụng. Tuy nhiên, chính hydro lại là tác nhân ức chế quá trình sinh
trưởng và phát triển của nhóm VSV axetat hóa do nhóm này rất nhạy cảm, chúng chỉ
tồn tại trong điều kiện áp suất riêng phần của khí hydro trong bể kỵ khí ở mức rất
thấp [29]. Do đó, quá trình này phụ thuộc rất nhiều vào việc sử dụng hydro của các
VSV metan hóa. Nếu vì lý do nào đó mà sự tiêu thụ hydro của các VSV metan hóa
bị chậm lại, hydro sẽ tích lũy trong bể phản ứng làm cho áp suất riêng phần của nó
tăng lên, quá trình axetat hóa sẽ giảm mạnh.

32. 19
Giai đoạn metan hóa (Methanogenesis)
Giai đoạn metan hóa là giai đoạn quan trọng nhất của quá trình phân hủy kỵ
khí. Hiệu quả của cả quá trình kỵ khí sẽ cao nếu các sản phẩm trung gian của các giai
đoạn trước được khí hóa hoàn toàn.
Quá trình hình thành khí CH4 theo 3 cách dựa trên 3 nhóm VSV metan hóa và
được phân chia theo nguồn cơ chất chúng sử dụng: VSV metan hóa sử dụng hydro
(Hydrogenotrophic); VSV metan hóa sử dụng axetat (Acetotrophic/Acetoclastic); và
nhóm VSV metan hóa sử dụng methanol (Methylotrophic).
– VSV metan hóa sử dụng hydro (Hydrogenotrophic)
Các VSV thuộc nhóm này sử dụng khí H2, hình thành trong giai đoạn lên men,
để khử CO2 tạo ra CH4. Lượng khí CH4 sinh ra theo con đường này chiếm khoảng
30% trong quá trình phân hủy kỵ khí. Một số VSV thường gặp trong nhóm này là
Methanobacterium, Methanobrevibacter, Methanococcus, Methanomicrobium,
Methanopirillum [29].
Mặc dù lượng CH4 sinh ra theo con đường này không cao, chiếm dưới 30%
lượng CH4 sinh ra của quá trình kỵ khí, nhưng đây là nhóm VSV rất quan trọng trong
quá trình phân hủy kỵ khí. Các VSV này thực hiện chức năng duy trì áp suất cục bộ
của hydro trong thiết bị xử lý, đảm bảo quá trình axetat hóa được thuận lợi.
- VSV metan hóa sử dụng axetat (Acetotrophic/Acetoclastic)
Trong quá trình này, các VSV chuyển hóa axetat thành CH4 và CO2. CO2 giải
phóng lại được khử thành CH4 bằng nhóm VSV Hydrogenotrophic theo cách 1. Nhóm
VSV sinh CH4 sử dụng axetat là nhóm đóng góp phần lớn lượng khí CH4 sinh ra trong
quá trình phân hủy kỵ khí, chiếm khoảng 70% [30]. Trong các thiết bị phân hủy kỵ
khí, các nhóm VSV sinh CH4 sử dụng axetat thường gặp là Methanosarcina,
Methanosaeta [29, 31].
- VSV metan hóa sử dụng methanol (Methylotrophic)
Nhóm VSV này phân giải các cơ chất chứa nhóm metyl thành CH4. Tuy nhiên
lượng khí CH4 sinh ra theo cách này không đáng kể trong quá trình phân hủy kỵ khí
[29, 30].
2) Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kỵ khí
Một số yếu tố chính ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kỵ khí như sau:
Nhiệt độ:

33. 20
Quá trình phân hủy kỵ khí có thể thực hiện ở khoảng nhiệt độ rất rộng từ 50
C –
700
C. Thông thường có thể chia thành 3 khoảng nhiệt độ dựa theo sự thích nghi của 3
nhóm VSV kỵ khí: ưa lạnh (15 – 200
C), ưa ấm (30 – 350
C), ưa nóng (45 – 700
C). Khi
nhiệt độ thay đổi từ khoảng ưa ấm sang khoảng ưa nóng có thể làm thay đổi thành phần
và tính chất bùn kỵ khí do các VSV ưa ấm không thể tồn tại trong môi trường nhiệt độ
cao. Khoảng nhiệt độ tối ưu cho quá trình phân hủy kỵ khí sử dụng VSV ưa ấm là 30 –
350
C [23, 32].
pH:
pH ảnh hưởng đến hầu hết các giai đoạn của quá trình phân hủy kỵ khí. Các
giai đoạn trong quá trình phân hủy kỵ khí có khoảng pH thích hợp khác nhau: trong
giai đoạn thủy phân và axit hóa, pH thích hợp là 5,5 – 6,5, trong khi pH thích hợp
trong giai đoạn axetat hóa và metan hóa là 6,5 – 8,2. Đối với VSV metan hóa, khi pH
giảm xuống dưới 6,5 bắt đầu bị ảnh hưởng, và khi pH < 6,2 có thể gây ức chế và gây
độc cho các VSV này [33, 34].
Nồng độ Amoni:
Amoni là sản phẩm của quá trình phân hủy sinh học kỵ khí các hợp chất chứa
nitơ, chủ yếu tồn tại trong protein và urê. Một mặt amoni là chất dinh dưỡng thiết yếu
cho sự phát triển của các VSV nói chung, VSV kỵ khí nói riêng. Mặt khác, amoni có thể
gây ức chế, thậm chí gây độc cho các VSV kỵ khí nếu tồn tại ở nồng độ cao. Các cơ chế
gây ức chế hoặc gây độc của amoni đến các VSV đã được nghiên cứu và chỉ ra như thay
đổi pH nội bào, tăng nhu cầu năng lượng duy trì hoạt động hoặc ức chế hoạt động của
các enzym [35, 36]. Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng nồng độ tổng nitơ amoni (Total
ammonia nitrogen, TAN) trong các khoảng khác nhau sẽ có những ảnh hưởng khác nhau
đến các VSV kỵ khí: nhỏ hơn 200 mg/L có lợi cho sự sinh trưởng và phát triển; 200 –
1.500 mg/L không gây ảnh hưởng; 1.500 – 3.000 mg/L có thể gây ức chế hoạt động; và
lớn hơn 3.000 mg/L có thể gây độc. Mức độ ảnh hưởng đến quá trình phân hủy kỵ khí,
làm giảm khả năng sinh khí metan trong các khoảng nồng độ còn phụ thuộc và nhiều
yếu tố khác như pH và đặc điểm của nước thải [33, 37, 38].
3) Các ưu và nhược điểm của công nghệ kỵ khí
Ưu điểm:
– Hiệu suất xử lý và tải trọng làm việc cao: Công nghệ sinh học kỵ khí có thể đạt
được hiệu quả xử lý cao ngay với cả tải trọng ô nhiễm cao, đặc biệt là đối với các

34. 21
thiết bị cao tải như lọc kỵ khí (Anaerobic Filter, AF), UASB, EGSB, thiết bị tuần hoàn
nội (Internal Circulation, IC) ... Các thiết bị cao tải có thể làm việc ổn định ở tải trọng
cao đến hàng chục kgCOD/m3
ngày;
– Thiết bị nhỏ gọn tốn ít mặt bằng xây dựng: Do có tải trọng làm việc cao công
nghệ sinh học kỵ khí không yêu cầu thể tích thiết bị lớn và mặt bằng xây dựng rộng
so với các công nghệ xử lý khác;
– Tiết kiệm năng lượng và chi phí: Chi phí đầu tư thấp; không cần năng lượng cấp
khí, do đó chi phí vận hành thấp. Hơn nữa, có thể thu hồi năng lượng thông qua việc
thu hồi và sử dụng lượng khí metan sinh ra;
– Sinh ra ít bùn và ổn định: sinh ra ít bùn do quá trình sinh trưởng chậm của các
VSV kỵ khí. Theo R. E. Speece (1983) quá trình phân hủy kỵ khí sản sinh lượng bùn
ít hơn từ 3 – 20 lần so với quá trình hiếu khí do việc sản sinh năng lượng từ quá trình
này hầu hết được tìm thấy ở sản phẩm cuối cùng là CH4 [39]. Hơn nữa, bùn kỵ khí có
thể được cất trữ và bảo quản dài ngày, có thể đến vài tháng trong điều kiện không cần
chăm sóc;
– Nhu cầu sử dụng hóa chất và dưỡng chất thấp: quá trình kỵ khí có khả năng điều
chỉnh và ổn định pH mà ít cần bổ sung hóa chất. Hơn nữa, các VSV kỵ khí có thể sử
dụng các dưỡng chất thiết yếu (nitơ và photpho) và vi dưỡng chất có sẵn trong nước
thải để sinh trưởng và phát triển nên không cần bổ sung từ bên ngoài;
– Có khả năng chịu được các điều kiện bất thường như thay đổi đột ngột về lưu
lượng và tải trọng, cũng như các điều kiện đầu vào. Khả năng phục hồi nhanh.
– Có thể kết hợp với các công nghệ khác để xử lý nhiều loại chất ô nhiễm khác
nhau cho hiệu quả cao.
Nhược điểm:
– Thời gian khởi động kéo dài: Thời gian khởi động công nghệ kỵ khí thường kéo
dài do các VSV kỵ khí tăng trưởng chậm. Các thiết bị công nghệ sinh học kỵ khí
thường có thời gian khởi động khoảng 2 – 6 tháng, thậm chí đến 1 năm để tạo bùn
hạt ổn định nếu bùn giống khó thích nghi;
– Không xử lý được mầm bệnh và dưỡng chất: công nghệ kỵ khí ít có khả năng
xử lý, loại bỏ các mềm bệnh và các dưỡng chất như nitơ, photpho. Do đó thường phải
kết hợp và các công nghệ xử lý khác để đạt tiêu chuẩn xả thải;

35. 22
– Khả năng sinh mùi: Công nghệ kỵ khí thường sinh mùi khó chịu, đặc biệt khi
trong nước thải có chứa các hợp chất của lưu huỳnh với nồng độ cao, khi đó khí H2S
sẽ được hình thành trong quá trình phân hủy kỵ khí.
4) Một số loại hình thiết bị sinh học kỵ khí cao tải
Đến nay, đã có nhiều công nghệ sinh học kỵ khí được nghiên cứu, phát triển và
ứng dụng trong XLNT công nghiệp và sinh hoạt như: UASB; EGSB; thiết bị tuần hoàn
nội; thiết bị lọc kỵ khí; thiết bị phản ứng kỵ khí tầng đệm bùn lỏng giả (Fluidized Bed
Reactor, FBR) ...
Thiết bị đệm bùn kỵ khí dòng hướng lên (UASB)
Thiết bị UASB được G. Lettinga và cộng sự phát triển những năm 1970 tại Hà
Lan và trở thành công nghệ được áp dụng phổ biến để XLNT. Một tính chất quan trọng
nhất của thiết bị UASB là khả năng duy trì một lượng lớn sinh khối với sự đa dạng cao
về thành phần các nhóm VSV kỵ khí cho phép thiết bị hoạt động ổn định với nhiều
mức OLR và HRT khác nhau. Theo J. B. Van Lier (1995), trong điều kiện nhiệt độ
nóng (50 – 550
C), OLR thấp nhất của hệ UASB đạt 6 – 10 kg/m3
ngày đối với nước
thải cafe; cao nhất 80 – 100 kg/m3
ngày đối với nước thải mía đường [40]. Trong điều
kiện nhiệt độ nóng ấm (30 – 350
C), hệ thống UASB được ứng dụng để xử lý nhiều loại
nước thải khác nhau với hiệu suất thường lớn hơn 80% [7].
Trong hệ UASB, nước thải được đưa vào đáy thiết bị và chảy từ dưới lên xuyên
qua lớp bùn sinh học, trong đó xảy ra hai quá trình: lọc nước thải qua lớp bùn kỵ khí
và phân hủy chất hữu cơ như lượng cặn bị giữ lại tạo thành khí sinh học, chủ yếu là
metan và cacbonic. Quá trình chuyển động của dòng khí sinh ra và nước thải dòng
vào làm khuấy trộn, tăng tiếp xúc giữa bùn và nước thải. Tại phía trên của thiết bị,
nước thải được tách ra khỏi bùn và khí nhờ thiết bị tách rắn - lỏng – khí. Các hạt bùn
trong thiết bị có tốc độ lắng cao và chống lại việc rửa trôi bùn ra khỏi thiết bị, đặc
biệt khi bùn hạt có kích thước > 0,5 mm được hình thành. Lớp bùn được giữ ở trạng
thái lơ lửng nhờ điều chỉnh tốc độ dòng nước thải vào hợp lý. Cũng giống như các
thiết bị công nghệ kỵ khí khác, khó khăn lớn nhất khi sử dụng thiết bị UASB là quá
trình khởi động thiết bị kéo dài và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: đặc điểm bùn
giống; chế độ khởi động; đặc trưng nước thải; kiểm soát nhiệt độ và các yếu tố ảnh
hưởng khác.

36. 23
Thiết bị đệm bùn hạt mở rộng (EGSB)
Trong thiết bị UASB, khả năng đảo trộn và tiếp xúc giữa lớp bùn kỵ khí và nước
thải phụ thuộc chính vào tốc độ dâng nước (Upflow Liquid Velocity – ULV) và lượng
khí sinh học sinh ra trong thiết bị. Đối với thiết bị UASB thông thường, ULV trong
khoảng 0,5 – 1,0 m/h làm cho khả năng đảo trộn và tiếp xúc giữa nước thải và bùn kỵ
khí bị hạn chế làm giảm hiệu quả xử lý [41, 42]. Một trong những biện pháp để khắc
phục hạn chế này là tăng ULV bằng cách bơm trở lại một phần dòng nước thải đầu ra,
tạo nên lớp đệm bùn hạt mở rộng (EGSB). Trong trường hợp này, để tạo được lớp đệm
bùn hạt mở rộng, ULV trong thiết bị tối ưu phụ thuộc vào nhiệt độ và loại nước thải
cần xử lý, thông thường trong khoảng 4 – 8 m/h [43] hay 5 – 15 m/h [44].
Như vậy, thiết bị EGSB là một hình thức biến thể của thiết bị UASB, trong đó
điểm mới của công nghệ này là việc bơm tuần hoàn trở lại một phần dòng nước thải
đầu ra làm tăng ULV trong thiết bị cho phép mở rộng chiều cao lớp bùn hạt, làm tăng
thể tích vùng phản ứng và cải thiện sự tiếp xúc giữa nước thải và quần thể VSV chứa
trong lớp bùn hạt, do đó làm tăng hiệu suất xử lý của thiết bị. Trong cùng điều kiện
nhiệt độ nóng ấm (30 – 350
C), một trong những ưu điểm vượt trội của hệ thống EGSB
là có thể vận hành ổn định với OLR lên tới 38,4 kg COD/m3
ngày, hiệu suất xử lý đạt
81,4% [45], trong khi hệ UASB thường hoạt động ổn định với OLR khoảng 15 – 20
kg COD/m3
ngày, hiệu suất xử lý đạt khoảng 79,8 – 87,9% [7, 42].
1.4.1.2. Tình hình nghiên cứu, ứng dụng công nghệ EGSB
Ngoài nước
Theo J. B. van Lier (2008), từ cuối những năm 1990, việc ứng dụng thiết bị
EGSB trong XLNT bắt đầu phát triển mạnh và nhanh chóng vượt thiết bị UASB theo
tỷ lệ % các dự án sử dụng (Hình 1.6) [24].
Trên thế giới đã có nhiều công trình nghiên cứu thiết bị EGSB để xử lý các
loại nước thải khác nhau, một số nghiên cứu cụ thể như sau:
Zh. Yejian và cộng sự (2008) nghiên cứu khởi động và vận hành thiết bị EGSB
để XLNT xay ép dầu cọ tại Malaysia trong 514 ngày tại điều kiện nhiệt độ 350
C. Kết
quả thu được cho thấy hệ thống hoạt động tốt với hiệu suất xử lý hữu cơ đạt 91% tại
OLR 17,5 kg COD/m3
ngày, HRT 2 ngày. Tuy nhiên, chỉ có 46% lượng COD trong
nước thải thô của quá trình xay ép dầu cọ được chuyển hóa thành khí sinh học trong
đó lượng khí metan chiếm khoảng 70% [46].

37. 24
Hình 1.6. Tình hình áp dụng công nghệ UASB và EGSB trên thế giới giai đoạn
1984 – 2007
S. Karnchanawong và W. Phajee (2009) nghiên cứu ảnh hưởng của ULV đến
hoạt động của hệ thống EGSB đối với nước thải chăn nuôi lợn tại Thái Lan. Thiết bị
EGSB được khởi động với COD đầu vào trong khoảng 9.601 – 13.050 mg/L, OLR ban
đầu 2 kg COD/m3
ngày, ULV 0,5 m/h và nâng dần lên 10 kg COD/m3
ngày tại ULV 4
m/h. Thiết bị chạy khởi động 3 tháng trong điều kiện nhiệt độ phòng trước khi bắt đầu
nghiên cứu với các mức ULV và thời gian khác nhau: ULV 4m/h, 165 ngày; ULV 8
m/h, 76 ngày; ULV 12 m/h, 56 ngày; ULV 16 m/h, 77 ngày. Kết quả cho thấy, trong
các chế độ ULV khác nhau, hiệu suất xử lý COD gần như không bị ảnh hưởng, đạt 93
– 94%, trừ trường hợp tại mức ULV 12 m/h do nồng độ chất rắn lơ lửng dễ bay hơi
(Volatile Suspended Solid – VSS) ảnh hưởng làm hiệu suất xử lý COD chỉ đạt 38,1%.
Trong trường hợp này, để hiệu suất xử lý COD đạt trên 80%, nồng độ SS trong nước
thải vào nên nhỏ hơn 5.000 mg/L. Nghiên cứu cũng chỉ ra rằng, ULV càng cao, lượng
khí sinh học sinh ra càng ít và ULV tối ưu là 4 m/h [44].
I. Colussi và các cộng sự (2009) đã nghiên cứu quy trình khởi động và phân
tích sự ức chế của các kim loại nặng đến khả năng sinh metan trong thiết bị EGSB
XLNT công nghiệp bia tại Italia. Các thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ ổn định
37 ± 0,10
C. Thiết bị UASB sau khi khởi động 1 tháng với hiệu suất xử lý COD hạn
chế được cải tiến thành thiết bị EGSB và khởi động trong 67 ngày với HRT 49h,
COD 3.000 mg/L với lưu lượng nước thải vào trung bình 1,57 L/h, ULV 0,05 m/h,
Năm
%dựánsửdụng

38. 25
OLR 1,853 kg COD/m3
ngày. Các thí nghiệm được bổ sung chất ô nhiễm kim loại
nặng bao gồm CrCl3.6H2O, CuSO4, NiCl2 với nồng độ là 50 mg/L với mỗi ion kim
loại. Sau mỗi thí nghiệm với mỗi kim loại, thiết bị cần 2 tuần để phục hồi và loại bỏ
các kim loại ở các thí nghiệm trước. Kết quả cho thấy, Cr không ảnh hưởng đến hiệu
suất xử lý COD, trong khi hiệu suất sinh khí giảm 11%. Ngược lại Cu ảnh hưởng lớn
đến hiệu suất xử lý COD, sau khi bổ sung Cu, hiệu suất xử lý COD giảm từ 90%
xuống 30%, hiệu suất sinh khí giảm 69%. Hơn nữa thiết bị không thể phục hồi kể cả
đã loại bỏ hết Cu trong thiết bị. Trong trường hợp này cần thay bùn mới và khởi động
thiết bị với các chất dinh dưỡng và không có kim loại nặng. Đối với Ni, khi bổ sung
vào thiết bị, hiệu suất xử lý COD bị ảnh hưởng không lớn, giảm từ 95% xuống còn
76%, hiệu suất sinh khí giảm 18%. Như vậy thứ tự độc tố của các kim loại nặng đối
với hệ EGSB như sau: Cu (II) > Ni (II) > Cr (III) [47].
C. Su và các cộng sự (2013) đã nghiên cứu khởi động thiết bị EGSB để XLNT
chăn nuôi lợn. Bùn giống được lấy từ hệ thống IC của nhà máy sản xuất đường gỗ
với kích thước hạt khoảng 0,5 – 2 mm; VSS 79,59 g/L; VSS/SS là 0,72; lượng bùn
trong thiết bị là 9,26 g VSS/L. Nước thải chăn nuôi lợn có pH 7,0 và nồng độ COD;
amoni; SS; và độ kiềm lần lượt là: 6.000 mg/L; 400 mg/L; 1.100 mg/L; 3.000 mg/L.
Thiết bị EGSB được khởi động trong 110 ngày tại nhiệt độ được kiểm soát 35 ± 10
C.
Các thông số ban đầu như sau: HRT 48h; COD (pha loãng) 2.000 mg/L; OLR 1 kg
COD/m3
ngày. Kết quả nghiên cứu cho thấy OLR tối ưu là 11,8 kg COD/m3
ngày,
HRT 12,2 h, hiệu suất xử lý COD đạt 79%, lượng khí sinh ra 58,17 L/ngày trong đó
khí metan chiếm 53,6% [48].
M. Basitere và các cộng sự (2015) đã nghiên cứu hiệu quả của thiết bị EGSB
kết hợp với các thiết bị thiếu khí và hiếu khí trong XLNT của các lò giết mổ gia cầm.
Hệ thiết bị bao gồm thiết bị EGSB, bể thiếu khí và bể hiếu khí được kết nối trong qui
mô phòng thí nghiệm. Thiết bị EGSB được vận hành tại nhiệt độ được kiểm soát tại
370
C, ULV là 1,1 m/h. Nước thải sau xử lý qua thiết bị EGSB được xử lý qua bể thiếu
khí và hiếu khí với lưu lượng 1,9 L/phút với mục đích xử lý nitơ trong nước thải. Kết
quả cho thấy, hiệu suất xử lý COD của cả hệ thiết bị là 65%, trong đó của thiết bị
EGSB là 51%. Hiệu suất kém của thiết bị EGSB là do nồng độ chất béo, dầu, mỡ
(Fats, Oil, Grease, FOG) và chất rắn lơ lửng trong nước thải cao làm thất thoát bùn
trong thiết bị EGSB làm giảm hiệu quả của quá trình metan hóa dẫn đến lượng khí

39. 26
sinh ra giảm. Để đạt hiệu quả xử lý cao, cần thiết bổ sung công đoạn tiền xử lý bằng
công nghệ tuyển nổi để giảm lượng chất rắn lơ lửng và FOG [49].
Trong nước
Tại Việt Nam, việc nghiên cứu XLNT bằng thiết bị EGSB đã được một số tác
giả quan tâm thực hiện, một số nghiên cứu cụ thể như sau:
Tôn Thất Lãng (2006) đã kết nối hệ thống EGSB – bùn hoạt tính – lọc để XLNT
của Nhà máy Dệt Sài Gòn với giá trị COD từ 800 – 1.200 mg/L, độ màu từ 150 – 300
Pt–Co có bổ sung thêm các khoáng chất. Thiết bị EGSB được khởi động với lượng bùn
hạt ban đầu 15 g VSS/L, sau 245 ngày hoạt động tại nhiệt độ phòng (25 – 300
C), OLR
tối đa của thiết bị EGSB là 25 kg COD/m3
ngày với hiệu suất xử lý COD đạt 90%, hiệu
suất xử lý màu đạt 65%. Thiết bị EGSB được kết nối với bể bùn hoạt tính, bể lắng, bể
lọc để tiếp tục xử lý COD và độ màu đạt tiêu chuẩn thải [50].
Vu Dinh Khang và Nguyen Tan Phong (2012) đã sử dụng hai thiết bị EGSB,
một cột có sử dụng hạt PVA và một cột không, để XLNT chợ chế biến thủy sản (cá
nước ngọt) với giá trị COD được duy trì ổn định 800 – 1.000 mg/L. Cột sử dụng PVA
bao gồm 30% bùn và 20% PVA so với thể tích thiết bị. Thiết bị hoạt động tại nhiệt
độ phòng (30 – 350
C) với HRT giảm từ 6h xuống 1,3h tương ứng với các OLR từ 4
– 18 kg COD/m3
ngày. Kết quả cho thấy, sau 81 ngày hoạt động, hiệu suất xử lý COD
đạt cao nhất khoảng 90% với OLR là 18 kg COD/m3
ngày [51].
1.4.2. Phương pháp kết tủa Magie Amoni Photphat (MAP)
1.4.2.1. Giới thiệu chung về amoni và photphat
1) Nguồn gốc ô nhiễm amoni và photphat
Nguồn gốc tự nhiên
Nitơ (N) là một trong những thành phần quan trọng tham gia vào nhiều quá trình
sinh hóa trong cơ thể của động, thực vật. Đồng thời N cũng tồn tại ở rất nhiều dạng hợp
chất vô cơ, hữu cơ trong tự nhiên, cũng như trong các sản phẩm công nghiệp và nông
nghiệp. Trong các hợp chất hóa học, nitơ tồn tại ở nhiều dạng hóa trị khác nhau từ dạng
khử như NH4
+
, NH3 (N-3
) đến dạng oxy hóa như nitrat (N+5
). Do nguyên tố N ở nhiều
trạng thái hóa trị khác nhau, N tồn tại ở nhiều hợp chất hóa học, tham gia và chuyển
hóa trong nhiều chu trình khác nhau. Chu trình chuyển hóa giữa các dạng hợp chất vô
cơ và hữu cơ chứa N là quan trọng nhất. Trong môi trường hiếu khí, thực vật chết và
protein động vật bị các VSV phân hủy thải ra amoni và một phần amoni bị oxy hóa

40. 27
thành nitrat/nitrit. Nitrat, amoni từ phân hủy hiếu khí và từ quá trình cố định đạm tham
gia xây dựng tế bào thực vật, VSV dưới dạng hợp chất hữu cơ. Các động vật sử dụng
các hợp chất hữu cơ để sản xuất protein. Như vậy, trong tự nhiên, các hợp chất của N
từ môi trường vào cơ thể sinh vật qua nhiều dạng biến đổi sinh học, hóa học phức tạp
rồi trở lại môi trường tạo thành một chu trình.
Tương tự như N, P là nguyên tố cơ bản của sự sống. Các hợp chất của P là
thành phần tham gia vào các quá trình sinh hóa của tế bào động vật, thực vật. Tuy
nhiên, trong tự nhiên P chỉ tồn tại ở trạng thái hóa trị +5 nên các hợp chất P tồn tại
không nhiều như các hợp chất của N. Các hợp chất chính của P bao gồm hợp chất
muối và este của axit photphoric. Khi phân li axit photphoric tạo thành các gốc
photphat. Vi sinh vật sử dụng photphat để tạo ra các hợp chất hữu cơ chứa photphat
trong các tế bào như: axit nucleic, photpho lipit... Các hợp chất của P từ môi trường
thâm nhập vào cơ thể sinh vật qua nhiều cách khác nhau, tham gia vào các quá trình
biến đổi hóa học, sinh học phức tạp để tạo năng lượng và xây dựng tế bào sống, sau
đó trở lại môi trường tạo thành chu trình của P. Nguồn gốc photphat tự nhiên chủ yếu
do quá trình phân hủy các hợp chất P hữu cơ do các VSV thực hiện. Khi có sự mất
cân bằng trong chu trình chuyển hóa photphat tích tụ nhiều gây nên hiện tượng ô
nhiễm. Trong môi trường, photphat chỉ tồn tại trong nước, đất và trầm tích do tính
chất không bay hơi và dễ tạo thành các kết tủa với ion nhôm, sắt, canxi.
Nguồn gốc nhân tạo
Amoni và photphat ít có sẵn trong môi trường nước, nếu không có tác động của
con người, chúng tham gia quá trình chuyển hóa và tạo trạng thái cân bằng. Nguồn ô
nhiễm amoni và photphat chính là do con người tạo ra thông qua quá trình phát sinh
chất thải chứa các hợp chất hữu cơ, amoni và photphat như axit amin, protein, urin…
Nguồn gốc phát thải amoni và photphat vào môi trường rất phong phú như: nước thải,
khí thải, chất thải rắn, trong đó quan trọng nhất là nước thải. Một số nguồn nước thải
gây ô nhiễm amoni và photphat chính như sau: nước thải sinh hoạt, nước thải công
nghiệp, nước thải nông nghiệp, nước thải rỉ rác, nước thải biogas...
Nước thải sinh hoạt của người và động vật chứa một lượng lớn thành phần N
và P do cơ thể người và động vật chỉ hấp thu được một phần trong thức ăn, còn lại
được thải ra môi trường dưới dạng chất thải rắn (phân, tế bào chết) và dạng lỏng
(nước tiểu, mồ hôi). Có nhiều loại nước thải sinh hoạt như: nước bể phốt, nước vệ