Luận án Nghiên cứu, đánh giá một số chất ô nhiễm chủ yếu trong sông Cầu bây – Hà nội, đề xuất giải pháp xử lý nước thải phù hợp

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP & PTNT 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI 
NGUYỄN PHƯƠNG QUÝ 
NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ CHẤT Ô NHIỄM 
CHỦ YẾU TRONG SÔNG CẦU BÂY – HÀ NỘI, 
ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP XỬ LÝ NƯỚC THẢI PHÙ HỢP 
Chuyên ngành: Môi trường Đất và Nước 
Mã số: 62-85-02-05 
TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
HÀ NỘI, NĂM 2015 
2 
Công trình được hoàn thành tại Trường Đại học Thủy lợi 
Người hướng dẫn khoa học 1: PGS.TS. Vũ Đức Toàn 
Người hướng dẫn khoa học 2: PGS.TS. Nguyễn Phương Mậu 
Phản biện 1: PGS.TS. Trần Thị Việt Nga 
Phản biện 2: PGS.TS. Từ Bình Minh 
Phản biện 3: PGS.TS Vũ Văn Hiểu 
Luận án được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp trường, họp tại phòng 
123-A1, Trường Đại học Thủy lợi 
vào lúc 08 giờ 30 ngày 27 tháng 1 năm 2016 
Có thể tìm hiểu luận án tại các thư viện: 
- Thư viện Quốc Gia 
- Thư viện Trường Đại học Thủy lợi 
1 
MỞ ĐẦU 
1. Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu 
Cầu Bây là sông đào dài 13km, các kênh nhánh phía thượng lưu bắt nguồn từ các 
phường Gia Thụy, Bồ Đề, Giang Biên, Việt Hưng thuộc quận Long Biên, Hà Nội; 
chảy qua quận Long Biên, huyện Gia Lâm và hạ lưu đổ vào hệ thống thủy nông Bắc 
Hưng Hải tại cửa xả Xuân Thụy, xã Kiêu Kỵ, Gia Lâm. Sông Cầu Bây hiện là sông 
thoát nước thải của lưu vực quận Long Biên và một phần huyện Gia Lâm, bị ô nhiễm, 
trong đó có các chất POP, điển hình là PCB, đang ảnh hưởng đến một vùng rộng lớn, 
gây ô nhiễm nguồn nước tưới tiêu, tác động trực tiếp đến sức khỏe con người. 
Nước thải lưu vực sông Cầu Bây được thu gom chung do đó có tính đặc thù. Mặt 
khác, quy định về giới hạn nồng độ các thông số ô nhiễm trong nước thải sau xử lý 
của các quốc gia là khác nhau, đồng thời phụ thuộc vùng tiếp nhận nước thải sau xử 
lý, nên một giải pháp công nghệ xử lý nước thải phù hợp với quốc gia này, địa 
phương này có thể sẽ không phù hợp với quốc gia, địa phương khác. Do đó đánh giá 
được đặc tính nước thải lưu vực sông Cầu Bây để đề xuất giải pháp công nghệ xử lý 
phù hợp có ý nghĩa quan trọng. Luận án “Nghiên cứu, đánh giá một số chất ô nhiễm 
chủ yếu trong sông Cầu Bây – Hà Nội, đề xuất giải pháp xử lý nước thải phù hợp” 
đáp ứng tính cần thiết của các vấn đề nghiên cứu. 
2. Mục đích nghiên cứu 
- Đánh giá được mức độ ô nhiễm của một số chất ô nhiễm chủ yếu trong nước 
và trầm tích sông Cầu Bây. 
- Đánh giá và xác định được đặc tính chủ yếu của nước thải lưu vực sông Cầu 
Bây làm cơ sở cho việc nghiên cứu lựa chọn công nghệ xử lý phù hợp. 
- Đề xuất được giải pháp công nghệ xử lý nước thải phù hợp cho xử lý nước 
thải trên lưu vực sông Cầu Bây. 
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 
Nghiên cứu các thông số chủ yếu COD, BOD5, SS, NH4+-N, TN, TP, PCB trong 
sông Cầu Bây tính từ thượng nguồn tại phường Việt Hưng, Long Biên đến vị trí 
2 
cửa chảy vào hệ thống thủy nông Bắc Hưng Hải; công nghệ xử lý nước thải được 
phát triển trên cơ sở công nghệ được lựa chọn theo hiệu quả thực tế đang áp dụng 
tại Việt Nam. 
4. Phương pháp nghiên cứu 
Phương pháp khảo sát, điều tra thu thập số liệu; Phương pháp kế thừa và phân tích 
tổng hợp, thống kê các số liệu; Phương pháp mô hình thực nghiệm. 
5. Nội dung nghiên cứu 
Nghiên cứu, đánh giá mức độ ô nhiễm của một số chất ô nhiễm chủ yếu trong nước 
và trầm tích sông Cầu Bây; xác định tính chất nước thải lưu vưc̣ sông Cầu Bây; đề 
xuất giải pháp công nghệ xử lý nước thải phù hợp với tính chất nước thải lưu vực 
sông Cầu Bây. 
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn 
6.1. Ý nghĩa khoa học 
- Đánh giá được sông Cầu Bây bị ô nhiễm, đặc biệt là có tồn lưu PCB ở nồng độ 
cao đáng kể. Kết quả thu được có thể sử dụng để đưa ra các cảnh báo kịp thời 
nhằm giảm thiểu các tác động đến môi trường và sức khỏe con người; 
- Đánh giá được các chất ô nhiễm chủ yếu và đặc tính của nước thải lưu vực sông 
Cầu Bây đó là nước thải có BOD5 thấp, TN cao; đồng thời bị ô nhiễm PCB; 
- Xây dựng được cơ sở khoa học cho việc áp dụng công nghệ L-SBR để xử lý 
nước thải lưu vực sông Cầu Bây làm cơ sở cho ứng dụng trong thực tế. 
6.2. Ý nghĩa thực tiễn 
Phát triển được giải pháp công nghệ mới L-SBR để xử lý nước thải lưu vực sông 
Cầu Bây có tính chất đặc thù BOD5 thấp, TN cao đạt QCCP cột A nhưng không 
phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài, tiết kiệm chi phí vận hành. 
3 
7. Cấu trúc của luận án 
Cấu trúc của Luâṇ án ngoài phần mở đầu; phần kết luận và kiến nghị; phần danh 
muc̣ các công trình, bài báo đã công bố; phần tài liệu tham khảo; các phụ lục; luận 
án được trình bày trong 4 chương bao gồm: 
Chương 1. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu; 
Chương 2. Cơ sở khoa học và thực tiễn, giả thuyết, phương tiện nghiên cứu; 
Chương 3. Kết quả nghiên cứu về nước và trầm tích sông Cầu Bây; 
Chương 4. Kết quả nghiên cứu về giải pháp công nghệ; 
CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 
1.1 Hiện trạng, kết quả nghiên cứu trước đây về sông Cầu Bây 
Lưu vực thoát nước sông Cầu Bây có tổng diện tích khoảng 6.408ha, là đô thị hỗn 
hợp bao gồm các khu đô thị, công nghiệp, nông nghiệp, dịch vụ vui chơi giải trí, công 
viên cây xanh. Lượng nước thải sinh hoạt theo tính toán hiện nay khoảng 
85.800m3/ngày; năm 2030 là 125.000m3/ngày; năm 2050 là 183.000m3/ngày; nước 
thải công nghiệp khoảng 25.000m3/ngày từ KCN tập trung Sài Đồng, Đài Tư và của 
khoảng hơn 60 cơ sở công nghiệp phân tán; khoảng 200m3/ngày nước rò rỉ từ bãi 
chôn lấp chất thải rắn Kiêu Kỵ. Hệ thống thoát nước lưu vực sông Cầu Bây là hệ 
thống thoát nước chung tương tự như các lưu vực khác của Việt Nam, tương tự như 
giai đoạn đầu phát triển các đô thị của các nước trên thế giới. 
1.2 Lịch sử hệ thống thoát nước, thu gom nước thải đô thị 
Lịch sử hệ thống thoát nước ở các nước phát triển cũng như các nước đang phát 
triển cơ bản đều theo một tiến trình “ô nhiễm trước, xử lý sau”. Hệ thống thoát nước 
chung vẫn tồn tại song hành cùng hệ thống thoát nước riêng cho đến ngày nay, trừ 
trường hợp như Singapore áp dụng được hệ thống thoát nước riêng hoàn toàn do 
chính sách nhà ở kết hợp cải tạo toàn diện đô thị. Sông Cầu Bây đang bị ô nhiễm 
nghiêm trọng do đang tiếp nhận nước thải của hầu như toàn bộ đô thị lưu vực sông 
Cầu Bây. Đô thị lưu vực sông Cầu Bây nói riêng, các đô thị Việt Nam nói chung có 
hệ thống thu gom chưa hoàn chỉnh nên mặc dù một số khu đô thị mới, công nghiệp 
4 
có hệ thống thoát nước riêng, nhưng sau đó vẫn thải cả nước mưa và nước thải vào 
hệ thống thoát nước chung đô thị, do đó cuối cùng vẫn là hệ thống thoát nước chung. 
1.3 Các thông số ô nhiễm chủ yếu, các quy định về chất lượng môi trường 
1.3.1 Các thông số ô nhiễm chủ yếu trong nước thải đô thị 
Các chất ô nhiễm chủ yếu được nghiên cứu trong luận án này gồm chất ô nhiễm 
hữu cơ thông qua thông số nhu cầu oxy sinh học sau 5 ngày (BOD5), nhu cầu oxy 
hóa học (COD); Nitơ (N), được xác định bằng thông số tổng N (TN), amonia 
(NH4+-N); Phốtpho (P), xác định bằng thông số tổng P (TP); chất rắn, xác định 
bằng thông số chất rắn lơ lửng (SS); Chất hữu cơ khó phân hủy (POP), cụ thể là 
PCB (Polychlorinated biphenyl). 
1.3.2 Các quy định chất lượng nước và trầm tích sông, nước thải, bùn thải 
Đối với chất lượng nước sông là các quy chuẩn QCVN 08:2008/BTNMT, QCVN 
38:2011/BTNMT, QCVN 39:2011/BTNMT; đối với chất lượng trầm tích là 
QCVN 43:2012/BTNMT; đối với nước thải là QCVN 14:2008/BTNMT, QCVN 
40:2011/BTNMT, QCVN 28:2010/BTNMT, QCVN 25:2009/BTNMT, QCVN 
02:2014/BTNMT; đối với bùn thải từ quá trình xử lý nước thải là QCVN 
50:2013/BTNMT. 
1.4 Đặc tính chung của nước thải đô thị, đặc thù tại Việt Nam 
Hệ thống thoát nước chung tạo ra tính chất đặc thù của địa phương, phụ thuộc thói 
quen sinh hoạt, thói quen dùng nước; loại hình sản xuất, dịch vụ, ... Mặt khác, quy 
định về giới hạn nồng độ các thông số ô nhiễm trong nước thải sau xử lý của các 
quốc gia là khác nhau và đồng thời phụ thuộc vùng tiếp nhận, do đó để đảm bảo 
hiệu quả cần phải nghiên cứu điều kiện cụ thể của nước thải mỗi đô thị để có giải 
pháp công nghệ tối ưu. Đặc thù của nước thải các đô thị Việt Nam có BOD5 thấp, 
TN cao (BOD5:TN thấp). 
1.5 Các giải pháp công nghệ xử lý nước thải đô thị 
Có hàng chục công nghệ xử lý nước thải đã được áp dụng cho các nhà máy xử lý 
nước thải (XLNT) đô thị trên thế giới. Hiện có 31 nhà máy XLNT đô thị đang 
vận hành, 21 nhà máy đang xây dựng hoặc đã được phê duyệt thiết kế để chuẩn 
5 
bị xây dựng tại Việt Nam, áp dụng 6 công nghệ khác nhau gồm: công nghệ bùn 
hoạt tính truyền thống (CAS, AO), công nghệ bùn hoạt tính dạng mẻ (SBR), công 
nghệ bùn hoạt tính hiếu – thiếu – yếm khí kết hợp (A2O), công nghệ mương oxy 
hóa (OD), lọc sinh học kiểu nhỏ giọt (TF), công nghệ Hồ (gồm hồ hiếu khí, yếm 
khí hay ổn định, sục khí, tùy nghi). Các công nghệ đang áp dụng tại Việt Nam 
yêu cầu phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài (vì BOD5:TN thấp) để xử lý N đạt 
quy chuẩn cho phép (QCCP) cột A. Việc phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài 
trong thực tế đã xẩy ra đối với trường hợp nhà máy XLNT Yên Sở, làm tăng chi 
phí vận hành lớn vượt quá khả năng chi trả của ngân sách. 
1.6 Kết luận chương 1 
Phần tổng quan đã phân tích, đánh giá được các công trình nghiên cứu trong và 
ngoài nước liên quan đến giải pháp thu gom nước thải đô thị; các nghiên cứu trước 
đây về hiện trạng và quy hoạch sông Cầu Bây; tính chất của nước thải đô thị và các 
công nghệ XLNT trên thế giới và các công nghệ XLNT đang áp dụng tại Việt Nam. 
Vấn đề còn tồn tại là đặc thù của nước thải các đô thị Việt Nam có BOD5 thấp, 
BOD5:TN thấp. Các công nghệ đang áp dụng tại Việt Nam yêu cầu phải bổ sung 
nguồn C từ bên ngoài để xử lý N khi yêu cầu nước thải sau xử lý đạt QCCP cột A. 
Việc phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài trong thực tế đã xẩy ra đối với trường hợp 
nhà máy XLNT Yên Sở, làm tăng chi phí vận hành lớn vượt quá khả năng chi trả 
của ngân sách. Vấn đề mà luận án tập trung giải quyết chính là nghiên cứu đặc tính 
nước thải lưu vực sông Cầu Bây, đề xuất giải pháp công nghệ XLNT mới phù hợp 
với đặc tính nước thải của lưu vực sông Cầu Bây nhằm tiết kiệm chi phí. 
CHƯƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN, GIẢ THUYẾT, 
PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU 
2.1 Các cơ sở khoa học, thực tiễn 
Quá trình xử lý sinh học các thông số COD, BOD5, N, P diễn ra trong các pha 
hiếu khí, thiếu khí, yếm khí. Tùy thuộc việc duy trì các pha mà hiệu quả xử lý 
các thông số khác nhau. SS trong nước thải vào được loại bỏ bằng lắng cơ học 
riêng biệt trước khi xử lý sinh học, hoặc một phần được xử lý sinh học và lắng 
6 
cùng với bùn sinh học. PCB là chất hữu cơ khó phân hủy tuy nhiên vẫn được 
phân hủy một phần bằng sinh học, một phần hấp phụ vào bề mặt các chất rắn, 
đặc biệt là chất rắn có độ xốp cao như vi sinh vật sau đó được loại bỏ cùng SS. 
Trong các tiêu chí khi lựa chọn công nghệ để áp dụng, trong 6 công nghệ đang 
áp dụng tại Việt Nam thì SBR có ưu điểm là diện tích chiếm đất nhỏ, chi phí đầu 
tư và vận hành thấp. SBR, A2O là các công nghệ xử lý N tốt trong điều kiện 
BOD5:TN thấp, tiếp theo là OD. Các công nghệ còn lại có khả năng xử lý N kém 
hơn trong điều kiện này. Vì vậy SBR được chọn để nghiên cứu, cải tiến phù hợp 
cho xử lý nước thải đặc thù của lưu vực sông Cầu Bây. 
2.2 Cơ sở qua thực tế vận hành nhà máy xử lý nước thải Yên Sở 
Nhà máy XLNT Yên Sở áp dụng công nghệ SBR cải tiến kiểu C-Tech (SBR/C-
Tech), có bể lựa chọn vi sinh vật và hồi lưu bùn, được xây dựng và bắt đầu vận 
hành năm từ 2012. Nước thải đầu vào của nhà máy hiện được bơm trực tiếp từ 
sông Kim Ngưu và sông Sét. 
Thực tế nước thải đầu vào có BOD5 thấp (trung bình 76mg/l), TN cao (47mg/l), tỷ 
lệ BOD5:TN thấp (1,62). Để vận hành đạt QCVN cột A, trước đây phải bổ sung 
đường như là nguồn C bổ sung, chi phí vận hành khoảng 4.100Đồng/m3 (tức khoảng 
300 tỷ Đồng/năm với công suất 200.000m3/ngày). Vì chi phí cao, để tiết kiệm chi 
phí, UBND thành phố Hà Nội quyết định phương án vận hành không bổ sung đường, 
đạt cột B, đồng thời giảm công suất: chỉ vận hành duy trì ở mức công suất 
60.000m3/ngày (chỉ khoảng 30% công suất thiết kế) và không thải bùn dư từ các bể 
SBR, làm cho lượng bùn trong bể (MLSS) lên đến 6.105mg/l so với mức cần duy trì 
chỉ 2.500mg/l (cho đến ngày 1/10/2013). 
Sau khi cải thiện điều kiện vận hành bằng tăng cường MLSS như là nguồn bổ sung 
C thay thế cho đường (do Nghiên cứu sinh chủ trì thực hiện), đã tiết kiệm được chi 
phí vận hành còn 1.686Đồng/m3 (tiết kiệm được khoảng 60%, tương đương tiết 
kiệm được gần 180 Tỷ Đồng/năm. Quá trình điều chỉnh vận hành để đạt được chi 
phí thấp này rút ra được kết luận là “Lượng N được loại bỏ khỏi nước thải có thể 
tăng bằng cách tăng MLSS trong bể và tỷ lệ N xử lý được có thể đạt đến 
7 
0,61mgN/gMLSS/giờ ở tỷ lệ BODvào/TNvào = 1,62”. Tuy nhiên, MLSS không thể 
tăng cao quá mức vì việc tăng MLSS dẫn đến giảm tỷ lệ F/M và giảm khả năng lắng 
của bùn do tăng vi sinh vật dạng sợi, dẫn tới thông số SS sau xử lý không đạt QCCP. 
Đây vừa là cơ sở khoa học, vừa là một trong những kết quả nghiên cứu của luận án. 
2.3 Giả thuyết trên cơ sở khoa học và thực tiễn, thiết lập quy trình công nghệ 
2.3.1 Các giả thuyết 
Nước thải thu gom chung ở lưu vực sông Cầu Bây có tính đặc thù như phần lớn 
các đô thị Việt Nam là BOD5 thấp, BOD5:TN thấp. 
Hạn chế phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài cho xử lý TN khi nước thải có 
BOD5:TN thấp bằng tăng cường các quá trình thiếu khí - giảm quá trình hiếu khí; 
đồng thời tăng hàm lượng vi sinh vật (MLSS) trong bể phản ứng sinh học. Để tăng 
khả năng lắng của bùn do MLSS cao bằng áp dụng bể lựa chọn vi sinh vật (Selector) 
và tăng thời gian tiếp nhận nước thải: gián đoạn thành liên tục (SBR liên tục). Quy 
trình công nghệ này được thiết lập để thực hiện các giả thuyết này là L-SBR (L: 
Low carbon source, có nghĩa là nguồn C thấp hay tỷ lệ BOD5:TN thấp). L-SBR 
đảm bảo SS trong nước thải sau xử lý đạt QCCP mặc dù duy trì MLSS cao. 
2.3.2 Mô tả mô hình được thiết lập cho công nghệ mới (L-SBR) 
Hình 2-1. Các giai đoạn vận hành L-SBR 
Thời gian các pha L-SBR như Hình 2-1. Chu kỳ L-SBR gồm 3 pha, trong đó thời 
gian tiếp nhận nước thải trong tất cả các pha của chu kỳ (100% thời gian của chu 
kỳ); pha sục khí 50%, lắng 25% và rút nước 25% thời gian của chu kỳ; bùn dư được 
Yếm khí Thiếu khí Hiếu khí
Pha Phản ứng Pha Lắng Pha
Rút nước
Rút 
nước 
đã xử 
lý ra
Nước 
thải vào
Nước 
thải vào
Nước 
thải vào
Bùn hồi lưu 
nội bể trong 
100% thời 
gian chu kỳ
Nước 
thải vào
Nước 
thải vào
Rút bùn dư
Thời gian các pha 50% 25% 25%
Thể tích nước max 65 88% 88 - 100% 100 65%
8 
rút ra đồng thời với pha rút nước; hồi lưu bùn 100% thời gian cuaR chu kỳ. Hai 
ngăn lựa chọn vi sinh vật gồm ngăn zich zắc (Selector 1); và Selector 2 như là ngăn 
lắng (không sục khí), có thể tích mỗi ngăn tương đương 10% thể tích bể SBR. Sự 
khác nhau giữa các nhóm SBR đã và đang áp dụng so với L-SBR như Bảng 2-1. 
Bảng 2-1. Sự khác nhau cơ bản về pha phản ứng của các nhóm SBR 
TT Pha 
Nhóm (A): 
SBR cơ bản 
Nhóm 
(B) 
Nhóm (C): 
SBR/C-Tech 
Nh ... bùn lưu lại trong bể chỉ bùn dễ lắng (đã loại vi 
sinh vật dạng sợi bằng quá trình lắng tại Selector 2). Điều này cho thấy khả 
năng lắng của bùn trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tốt hơn nhà máy 
XLNT Yên Sở và mô hình SBR/C-Tech; 
Hình 4-5. SS trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu 
- NH4+-N sau xử lý 2,2mg/l, lớn nhất 3,8mg/l so với QCCP cột A 4,05mg/l, 
hiệu suất xử lý 95%; so với nhà máy XLNT Yên Sở trong thời gian nghiên 
cứu có NH4+-N trung bình trước xử lý 41mg/l, sau xử lý 2,7mg/l, sau xử lý 
lớn nhất 9mg/l, hiệu suất xử lý trung bình 93,4%. Hiệu suất xử lý NH4+-N 
cao nhờ quá trình phản ứng loại bỏ C, nitrat hóa, khử nitrat khi có amoni 
xẩy ra trong bể selector đã được tăng cường ở L-SBR so với SBR/C-Tech; 
Hình 4-6. NH4+-N trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu 
- TN sau xử lý 13,5mg/l, lớn nhất 15,9mg/l so với QCCP cột A 16,2mg/l; hiệu 
suất xử lý 72%. So với nhà máy XLNT Yên Sở trong giai đoạn nghiên cứu 
14mg/l, lớn nhất 28mg/l, hiệu suất xử lý 70%. Điều này cho thấy khi cùng duy 
 -
 100
 200
 300
 400
1
,5
8
6
1
,5
8
6
1
,5
8
7
1
,5
8
7
1
,5
9
4
1
,5
9
4
1
,6
0
1
1
,6
0
1
1
,6
1
9
1
,6
1
9
1
,6
6
7
1
,6
6
7
1
,6
8
2
1
,6
8
2
1
,7
1
6
1
,7
1
6
1
,7
2
3
1
,7
2
3
1
,7
9
0
1
,7
9
0
1
,8
6
1
1
,8
6
1
1
,9
2
7
1
,9
2
7
1
,9
6
2
1
,9
6
2
1
,9
8
9
1
,9
8
9
2
,1
0
0
2
,1
0
0
m
g
/l
BOD5:TN
SS vào SS ra QCCP SS
 -
 10
 20
 30
 40
 50
1
,5
8
6
1
,5
8
6
1
,5
8
7
1
,5
8
7
1
,5
9
4
1
,5
9
4
1
,6
0
1
1
,6
0
1
1
,6
1
9
1
,6
1
9
1
,6
6
7
1
,6
6
7
1
,6
8
2
1
,6
8
2
1
,7
1
6
1
,7
1
6
1
,7
2
3
1
,7
2
3
1
,7
9
0
1
,7
9
0
1
,8
6
1
1
,8
6
1
1
,9
2
7
1
,9
2
7
1
,9
6
2
1
,9
6
2
1
,9
8
9
1
,9
8
9
2
,1
0
0
2
,1
0
0
m
g
/l
BOD5:TN
NH4-N vào NH4-N ra QCCP NH4-N
19 
trì mức độ MLSS cao thì khả năng xử lý TN đều cao trong thí nghiệm trên mô 
hình L-SBR, nhà máy XLNT Yên Sở; 
- TP sau xử lý 1,88mg/l, lớn nhất 3,0mg/l so với QCCP 3,24mg/l; hiệu suất xử lý 
58%. Như vậy, L-SBR có khả năng xử lý TP trong nước thải lưu vực sông Cầu 
Bây đạt QCCP cột A; 
Hình 4-7. TN trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu 
Hình 4-8. TP trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu 
- ∑PCB sau xử lý 1.497ng/l, lớn nhất 1.920g/l so vơi QCCP cột A 2.430ng/l; 
hiệu suất xử lý 47%. Như vậy, L-SBR có khả năng xử lý PCB đạt QCCP cột 
A đối với nước thải lưu vực sông Cầu Bây; 
Hình 4-9. PCB trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR tại MLSS tối ưu 
 -
 10
 20
 30
 40
 50
 60
 70
1
,5
8
6
1
,5
8
6
1
,5
8
7
1
,5
8
7
1
,5
9
4
1
,5
9
4
1
,6
0
1
1
,6
0
1
1
,6
1
9
1
,6
1
9
1
,6
6
7
1
,6
6
7
1
,6
8
2
1
,6
8
2
1
,7
1
6
1
,7
1
6
1
,7
2
3
1
,7
2
3
1
,7
9
0
1
,7
9
0
1
,8
6
1
1
,8
6
1
1
,9
2
7
1
,9
2
7
1
,9
6
2
1
,9
6
2
1
,9
8
9
1
,9
8
9
2
,1
0
0
2
,1
0
0
m
g
/l
BOD5:TN
TN vào TN ra QCCP TN
 -
 1,00
 2,00
 3,00
 4,00
 5,00
 6,00
1
,5
8
6
1
,5
8
6
1
,5
8
7
1
,5
8
7
1
,5
9
4
1
,5
9
4
1
,6
0
1
1
,6
0
1
1
,6
1
9
1
,6
1
9
1
,6
6
7
1
,6
6
7
1
,6
8
2
1
,6
8
2
1
,7
1
6
1
,7
1
6
1
,7
2
3
1
,7
2
3
1
,7
9
0
1
,7
9
0
1
,8
6
1
1
,8
6
1
1
,9
2
7
1
,9
2
7
1
,9
6
2
1
,9
6
2
1
,9
8
9
1
,9
8
9
2
,1
0
0
2
,1
0
0
m
g
/l
BOD5:TN
TP vào TP ra QCVN TP
0
1.000
2.000
3.000
4.000
1,586 1,594 1,667 1,723 1,861 1,927
m
g
/l
BOD5:TN
PCB vào PCB ra QCCP PCB
20 
- Hình 4-3 ÷ Hình 4-9 cho thấy các thông số BOD5, COD, SS, NH4+-N, TN 
trong nước thải sau xử lý ổn định mặc dù đầu vào biến động lớn, trong khi đó 
TP, PCB có biến động lớn hơn (nhưng vẫn đạt QCCP). Mức độ ổn định này 
cũng phù hợp với kết quả phân tích mẫu nước tại các ngăn phản ứng khác 
nhau cho thấy BOD5 và TN trung bình thực tế vận hành tương đối sát với tính 
toán; trong khi đó NH4+-N, TP có sự chênh lệch lớn. BOD5, COD sau xử lý 
ổn định vì nồng độ trong nước thải vào mặc dù biến động lớn nhưng nồng độ 
thấp, có nghĩa nguồn C sẵn có trong nước thải đã được tận dụng tối đa cho 
quá trình sinh học, có nghĩa BOD5, COD hầu như được xử lý triệt để (ưu tiên 
trước khi sử dụng bùn vi sinh như là nguồn C). SS, NH4+-N, TN trong nước 
thải sau xử lý ổn định cho thấy cải tiến cho L-SBR phát huy hiệu quả tốt. TP 
trong nước thải sau xử lý biến động lớn hơn nước thải vào vì việc xử lý TP 
phụ thuộc quá trình yếm khí, mà thời gian của quá trình yếm khí xẩy ra trong 
Selector 2 phụ thuộc vào mức độ sẵn có của NOx trong bùn hồi lưu – hay phụ 
thuộc vào biến động của cả TN và NH4+-N. Sự biến động của PCB trong nước 
thải sau xử lý hầu như tương đương với biến động PCB trong nước thải vào 
vì quá trình xử lý PCB qua quá trình sinh học nói chung, L-SBR nói chung là 
hạn chế (hiệu suất thấp) và chủ yếu phụ thuộc vào sự hấp thụ có giới hạn của 
bùn. 
- Chỉ số F/M của thí nghiệm trên mô hình L-SBR 0,034 thấp hơn nhiều so với 
F/M tính toán thiết kế 0,155; tuy nhiên chỉ thấp hơn không đáng kể so với 
khoảng F/M của SBR (0,05 0,3), của quá trình bùn hoạt tính khử N các bước 
riêng lẻ (0,05 0,2). Tuy nhiên, chỉ số SVI chỉ 115, thấp hơn thiết kế 120, 
chứng tỏ khả năng lắng tốt của bùn trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR; 
- Chỉ số F(N)/M của thí nghiệm trên mô hình L-SBR 0,02 thấp hơn không 
nhiều so với F(N)/M thiết kế L-SBR và thiết kế SBR/C-Tech cũng như thiết 
kế của nhà máy XLNT Yên Sở 0,025; tuy nhiên nằm trong khoảng của quá 
trình bùn hoạt tính khử N một bước (0,02 0,15); 
- Nồng độ ∑PCB trung bình trong nước thải vào, trong bùn thải, trong nước 
thải sau xử lý; căn cứ lượng bùn thải, nước thải tính toán được ∑PCB được 
xử lý do phân hủy sinh học và hấp thụ vào bùn như Hình 4-10. Nồng độ 
21 
PCB trong bùn cao 1.793ng/g. Không có quy chuẩn quy định về ngưỡng 
nguy hại của PCB trong bùn thải từ quá trình xử lý nước để so sánh; 
- Hiệu suất xử lý sinh học trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR đối với ∑PCB 
là 28,6% so với CAS là 13% (đã được nghiên cứu tại nhà máy XLNT 
Thessaloniki – Hy Lạp). Hiệu suất phân hủy sinh học PCB trong thí nghiệm 
trên mô hình L-SBR cao hơn có thể do nước thải vào có nguồn C thấp (BOD5 
= 84,6mg/l so với 560mg/l tại nhà máy XLNT Thessaloniki), do đó các 
nguồn C khác (bao gồm trong PCB) được tận dụng cho quá trình sinh học; 
- Hiệu suất xử lý do hấp thụ vào bùn trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR 
đối với∑PCB là 18,0% so với CAS là 65%. Hiệu suất CAS cao hơn hiệu 
suất trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR phần lớn là do lượng bùn thải của 
nhà máy XLNT Thessaloniki (có lắng sơ bộ, trong khi L-SBR không có lắng 
sơ bộ) là 1,37kg bùn/m3 nước thải được xử lý, trong khi thí nghiệm trên mô 
hình L-SBR 0,33 kg bùn/m3 nước thải được xử lý; 
- Tổng hiệu suất xử lý ∑PCB của thí nghiệm trên mô hình L-SBR là 46,6%, so 
với CAS là 77% (đã được nghiên cứu tại nhà máy XLNT Thessaloniki – Hy 
Lạp) chủ yếu là do lượng bùn thải của thí nghiệm trên mô hình L-SBR thấp; 
- Khi PCBvào tăng, hiệu suất xử lý có xu hướng giảm. Có nghĩa khi nồng độ 
PCBvào tăng thì nồng độ PCBra tăng, do đó đến một giới hạn nhất định, PCB 
trong nước thải sau xử lý có thể sẽ không đạt được QCCP; 
Hình 4-10. Hiệu suất xử lý ∑PCB trong thí nghiệm trên mô hình L-SBR 
4.2 Tính toán thiết kế, đánh giá hiệu quả và khả năng áp dụng công nghệ 
L-SBR 
- Theo tính toán, thể tích bể L-SBR yêu cầu cao hơn SBR/C-Tech 6%; nhu 
cầu oxy cho L-SBR cao hơn SBR/C-Tech 7%. Tuy nhiên, việc tăng không 
100,0 62,9 162,9
28,6%
18,0%
46,6%
0%
20%
40%
60%
0
50
100
150
200
∑PCB được phân hủy sinh học ∑PCB được hấp phụ vào bùn ∑PCB được xử lý sinh học và 
hấp phụ vào bùn
µ
g
/n
g
à
y
Khối lượng, µg/ngày % xử lý được
22 
đáng kể này, L-SBR vẫn giữ được ưu điểm của SBR là có diện tích chiếm 
đất thấp, chi phí đầu tư và vận hành thấp so với các công nghệ khác. 
- Ưu điểm của L-SBR so với SBR trước đây và các công nghệ khác là không phải 
bổ sung nguồn C từ bên ngoài khi xử lý nước thải có BOD5:TN thấp, tiết kiệm 
lớn chi phí vận hành (đối với trường hợp nhà máy XLNt Yên Sở tiết kiệm được 
180 Tỷ Đồng/năm, riêng chi phí định lượng đường là 160 tỷ Đồng/năm), đối 
với công suất của nhà máy XLNT cho lưu vực sông Cầu Bây 106.244m3/ngày 
sẽ tiết kiệm được ít nhất 100 tỷ Đồng/năm – mang lại hiệu quả kinh tế lớn 
- Hiệu quả xử lý N (f(C/N)) theo kết quả thí nghiệm trên mô hình L-SBR đối với 
chất hữu cơ trong nước thải 1,32 1,54, đối với bùn 0,66 1,10 so với công 
nghệ SBR đã được nghiên cứu trước đây là 0,3 0,6. L-SBR được vận hành 
sử dụng nguồn C xử lý TN chủ yếu từ bùn, do đó hiệu quả xử lý của L-SBR 
có thể được xem là 0,66 1,10. f(C/N) của L-SBR cao hơn cho thấy hiệu quả 
xử lý TN với nguồn C hạn chế của L-SBR tốt hơn, có nghĩa là việc cải tiến 
công nghệ đạt hiệu quả theo giả thuyết khoa học và cơ sở thực tiễn nêu trên. 
- L-SBR có thể xử lý TN của hầu hết các nhà máy XLNT tại Việt Nam hiện 
nay đạt QCCP cột A mà không phải bổ sung nguồn C từ bên ngoài. 
4.3 Kết luận chương 4 
Trên cơ sở đặc tính nước thải lưu vực sông Cầu Bây được nghiên cứu ở chương 
3, phù hợp với giả thuyết và mô hình thí nghiệm được thiết lập ở chương 2, kết 
quả nghiên cứu chương 4 cho thấy công nghệ mới L-SBR phù hợp cho nước thải 
lưu vực sông Cầu Bây, xử lý được nước thải đạt QCCP cột A mà không phải bổ 
sung nguồn C từ bên ngoài, giúp tiết kiệm chi phí vận hành. Hiệu suất xử lý, hiệu 
quả đầu tư của L-SBR cao hơn so với các công nghệ đang áp dụng tại Việt Nam. 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 
1. Kết quả đạt được của luận án 
Luận án đã nêu được tổng quan của hiện trạng và quy hoạch lưu vực sông Cầu 
Bây; lịch sử hình thành và phát triển hệ thống thoát nước và thu gom xử lý nước 
thải trên thế giới và các đô thị khác của Việt Nam; đã tổng hợp được đặc tính 
23 
nước thải đặc thù của các nhà máy XLNT đang vận hành tại Việt Nam so với thế 
giới; các công nghệ đang áp dụng và hiệu quả xử lý của nó. Vấn đề còn tồn tại là 
nước thải Việt Nam có đặc thù là BOD5 thấp, TN cao (BOD5:TN thấp), trong số 
6 công nghệ đang áp dụng tại Việt Nam thì khi yêu cầu nước thải sau xử lý đạt 
QCCP cột A, phải thực hiện bổ sung nguồn C từ bên ngoài. Thực tế đã xẩy ra đối 
với trường hợp nhà máy XLNT Yên Sở, làm tăng chi phí vận hành lớn vượt quá 
khả năng chi trả của ngân sách. Luận án tập trung giải quyết vấn đề còn tồn tại 
này bằng đề xuất giải pháp công nghệ phù hợp. Tuy nhiên, tồn tại một vấn đề 
khác là chưa có nghiên cứu tổng thể nào đánh giá được mức độ ô nhiễm của sông, 
đặc tính ô nhiễm của nước thải lưu vực sông Cầu Bây. Do đó để làm cơ sở cho 
đề xuất giải pháp công nghệ phù hợp, cần phải nghiên cứu đặc tính ô nhiễm và 
đặc tính nước thải lưu vực sông Cầu Bây. 
Qua nghiên cứu các cơ chế phản ứng, thực tế hiệu quả của các công nghệ đang 
áp dụng tại Việt Nam, SBR được chọn để nghiên cứu, cải tiến phù hợp bằng tăng 
cường các phản ứng thiếu khí, tăng MLSS và giải pháp cải thiện khả năng lắng 
của bùn bằng bể lựa chọn vi sinh vật (selector). 
Kết quả nghiên cứu cho thấy nước sông Cầu Bây có các thông số COD, BOD5, 
SS, NH4+-N, TP vượt quá nhiều lần QCCP đối với sông Cầu Bây. TN, PCB không 
có trong QCCP nhưng có nồng độ ở mức cao. PCB phân bố trong tất cả các mẫu 
trầm tích và cao hơn đáng kể ở các vị trí lấy mẫu gần KCN Đài Tư và KCN Sài 
Đồng. Tuy nhiên tất cả các mẫu nằm trong giới hạn cho phép của QCCP đối với 
tổng PCB trong trầm tích nước ngọt. 
Tính đặc thù của nước thải lưu vực sông Cầu Bây có BOD5 thấp, TN cao, tỷ lệ 
BOD5:TN = 1,75, trong khoảng đặc thù của nước thải Việt Nam nói chung có 
BOD5:TN = 1,62 4,10 (trung bình 1,71); thấp hơn so với khoảng đặc trưng của 
nước thải sinh hoạt 3,13 5,50 và thấp hơn nhiều so với khoảng đặc trưng của 
nước thải thu gom chung 12,94 15,00. 
Luận án phát triển được công nghệ L-SBR trên cơ sở cải tiến công nghệ SBR. 
Công nghệ L-SBR xử lý được tất cả các thông số COD, BOD5, SS, NH4+-N, TN, 
24 
TP, PCB đạt QCCP cột A trong điều kiện BOD5 thấp, TN cao mà không phải bổ 
sung nguồn C từ bên ngoài, tiết kiệm chi phí. 
2. Những đóng góp mới của luận án 
- Đã phân tích, đánh giá được PCB trong nước và trầm tích sông Cầu Bây làm 
cơ sở để quản lý môi trường đất và nước. 
- Thiết lập được các căn cứ khoa học và thực tiễn, các thông số công nghệ mới 
L-SBR để xử lý nước thải phù hợp cho sông thoát nước thải (sông Cầu Bây) 
có BOD5 thấp, TN cao, giúp: giảm chi phí vận hành, góp phần loại bỏ được 
PCB trong xử lý nước thải, tiết kiệm không gian khu xử lý góp phần bảo vệ 
môi trường. 
3. Hướng nghiên cứu tiếp theo 
Nghiên cứu mối liên hệ nồng độ PCB và các chất POP khác trong nước sông và 
trầm tích sông Cầu Bây; Nghiên cứu công nghệ L-SBR xử lý các loại nước thải 
đặc thù khác; khả năng loại bỏ PCB và các chất POP khác do phân hủy sinh học 
và hấp phụ - loại bỏ cùng bùn dư. Nghiên cứu sự biến động các chất ô nhiễm 
trong sông Cầu Bây theo mùa (mùa khô, mùa mưa) để có thể đề xuất thêm các 
giải pháp vận hành linh động. 
4. Kiến nghi ̣ 
- Sớm đầu tư xây dựng hệ thống thu gom và xử lý nước thải cải thiện môi 
trường sông Cầu Bây, giảm thiểu các tác động xấu đến môi trường và sức 
khỏe con người; 
- Áp dụng công nghệ L-SBR ở quy mô thử nghiệm nhằm kiểm chứng hiệu 
quả xử lý, để có thể áp dụng quy mô lớn, rộng rãi mang lại hiệu quả trong 
đầu tư và vận hành; 
- Sớm đưa các chất POP trong đó có PCB vào trong các quy chuẩn kỹ thuật 
quốc gia đối với chất lượng nước mặt, trầm tích, bùn thải và nước thải. 
25 
DANH MỤC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ 
1. Vu Duc Toan, Nguyen Phuong Quy, “Residues of Polychlorinated 
Biphenyls (PCBs) in sediment from Cau Bay river and their impacts on 
agricultural soil, human health risk in Kieu Ky area, Vietnam”, Springer: 
Bulentin of Environmental Contamination and Toxicology, New York, 
USA, ISSN 007-4861, Bull Environ Contam Toxicol, DOI 
10.1007/s00128-015-1581-x, 2015, Volume 95, number 2, p. 177-182. 
2. Nguyễn Phương Quý, Lê Thanh, Vũ Đức Toàn, “Low Strength Effluent 
Treatment with Cyclic Technologies in Vietnam”, Tạp chí khoa học và 
kỹ thuật Thủy Lợi và Môi trường, ISSN 1859-3941, số 47, tháng 12-
2014, trang 89-96. 
3. Nguyễn Phương Quý, Lê Thanh, Vũ Đức Toàn, “Công nghệ bùn hoạt 
tính tuần hoàn dạng mẻ - nghiên cứu sự xử lý nitơ trong nước thải nồng 
độ BOD5 thấp và tỷ lệ BOD5:TN thấp”, Tạp chí khoa học và kỹ thuật 
Thủy Lợi và Môi trường, ISSN 1859-3941, số 46, tháng 9-2014, trang 
117-121. 
4. Vu Duc Toan, Nguyen Phuong Quy, “Contamination of polychlorinated 
byphenyls (PCBs) in sediment from Cau Bay river, Vietnam”, 
Proceedings of the 4th International conference on Estuaries and Coasts 
(ICEC 2012) during the October 8-11, 2012 in Water Resources 
University, Hanoi, Vietnam, volume II, p. 13-18.