Luận án Nghiên cứu khả năng xử lý nước thải sinh hoạt xám tại chỗ bằng vật liệu laterit (đá ong)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT 
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI 
KHƢƠNG THỊ HẢI YẾN 
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI 
SINH HOẠT XÁM TẠI CHỖ 
BẰNG VẬT LIỆU LATERIT (ĐÁ ONG) 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT 
HÀ NỘI, NĂM 2016
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PTNT 
TRƢỜNG ĐẠI HỌC THỦY LỢI 
NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI 
SINH HOẠT XÁM TẠI CHỖ 
BẰNG VẬT LIỆU LATERIT (ĐÁ ONG) 
Chuyên ngành: Kỹ thuật tài nguyên nƣớc 
Mã số: 62580212 
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC 1. PGS.TS Phạm Thị Minh Thƣ 
 2. PGS.TS Nguyễn Thị Kim Cúc 
HÀ NỘI, NĂM 2016
 i 
LỜI CAM ĐOAN 
Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân tác giả. Các kết quả 
nghiên cứu và các kết luận trong luận văn là trung thực, không sao chép từ bất kỳ một 
nguồn nào và dƣới bất kỳ hình thức nào.Việc tham khảo các nguồn tài liệu đã đƣợc 
thực hiện trích dẫn và ghi nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định. 
 Tác giả luận án 
Chữ ký 
Khƣơng Thị Hải Yến 
 ii 
LỜI CÁM ƠN 
Tác giả xin trân trọng cám ơn PGS.TS Phạm Thị Minh Thƣ, PGS.TS Nguyễn Thị Kim 
Cúc và các thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp, gia đình đã giúp đỡ và đóng góp ý kiến cho 
Luận án tiến sĩ này. Tác giả cũng xin cám ơn TS Nguyễn Thị Hằng Nga đã nhiệt tình 
giúp đỡ trong suốt quá trình làm luận án. Cảm ơn trƣờng Đại Học Thủy Lợi là nơi 
NCS theo học đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho quá trình học tập và nghiên cứu; cảm 
ơn trƣờng Cao đẳng Xây dựng Công trình Đô thị là nơi NCS công tác đã giúp đỡ rất 
nhiều trong việc xây dựng và vận hành các mô hình thí nghiệm, thực nghiệm và xét 
nghiệm mẫu nƣớc. Đặc biệt, luận án là công trình của tác giả dành tặng cha – cũng là 
ngƣời thầy đã đồng hành cùng tác giả trong suốt quá trình thực hiện nghiên cứu nhƣng 
đã đột ngột ra đi mà không thể chứng kiến thành quả mà tác giả đã nỗ lực đạt đƣợc. 
Do thời gian nghiên cứu có hạn nên luận án không tránh khỏi sai sót, tác giả rất mong 
nhận đƣợc ý kiến đóng góp của các thầy cô, các nhà khoa học, các bạn đồng nghiệp. 
Xin trân trọng cảm ơn! 
 iii 
MỤC LỤC 
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... i 
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ................................................................................. vi 
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 
1.1 Tính cấp thiết của đề tài .................................................................................. 1 
1.2 Mục tiêu của nghiên cứu ................................................................................. 2 
1.2.1 Mục tiêu chung ........................................................................................ 2 
1.2.2 Mục tiêu cụ thể ........................................................................................ 2 
1.3 Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ................................................................... 2 
1.3.1 Đối tƣợng nghiên cứu .............................................................................. 2 
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu .................................................................................. 2 
1.4 Phƣơng pháp nghiên cứu ................................................................................ 3 
1.5 Những đóng góp mới ...................................................................................... 4 
1.5.1 Tính mới của luận án ................................................................................ 4 
1.5.2 Giá trị khoa học........................................................................................ 4 
1.5.3 Giá trị thực tiễn ........................................................................................ 4 
1.6 Cấu trúc của luận án ....................................................................................... 4 
CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU ........................... 6 
1.1 Nƣớc thải xám ................................................................................................ 6 
1.1.1 Khái niệm chung ...................................................................................... 6 
1.1.2 Các phƣơng pháp xử lý nƣớc thải xám ..................................................... 7 
1.1.3 Các công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc về xử lý nƣớc thải xám . 10 
1.2 Đá ong và ứng dụng đá ong trong lĩnh vực xử lý nƣớc thải ........................... 13 
1.2.1 Sơ lƣợc về đá ong (laterit) ...................................................................... 13 
1.2.2 Khoáng vật trong đá ong có ích cho quá trình xử lý một số chất ô nhiễm 
có trong nƣớc thải. ............................................................................................. 15 
1.2.3 Những công trình nghiên cứu trong và ngoài nƣớc ứng dụng đá ong trong 
lĩnh vực xử lý nƣớc thải ..................................................................................... 21 
1.3 Kỹ thuật xếp lớp đa tầng ............................................................................... 27 
1.3.1 Khái niệm chung .................................................................................... 27 
 iv 
1.3.2 Các công trình nghiên cứu về kỹ thuật xếp lớp đa tầng đƣợc thực hiện 
trong phòng thí nghiệm ...................................................................................... 28 
1.3.3 Các công trình thực tiễn ứng dụng kỹ thuật xếp lớp đa tầng trong lĩnh vực 
xử lý nƣớc thải. .................................................................................................. 33 
CHƢƠNG 2 CƠ SỞ KHOA HỌC, VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN 
CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI XÁM BẰNG ĐÁ ONG THEO KỸ THUẬT XẾP LỚP 
ĐA TẦNG ........................................................................................................ 38 
2.1 Cơ sở khoa học nghiên cứu xử lý nƣớc thải xám bằng đá ong theo kỹ thuật 
xếp lớp đất đa tầng ................................................................................................. 38 
2.1.1 Quá trình hấp phụ................................................................................... 38 
2.1.2 Quá trình phân hủy sinh học ................................................................... 45 
2.2 Vật liệu nghiên cứu....................................................................................... 53 
2.2.1 Đá ong tự nhiên (VL1) ........................................................................... 53 
2.2.2 Đá ong biến tính nhiệt (VL2) ................................................................. 55 
2.3 Phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................................. 58 
2.3.1 Lấy và bảo quản mẫu nƣớc thải .............................................................. 58 
2.3.2 Bố trí thí nghiệm .................................................................................... 59 
CHƢƠNG 3 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI XÁM BẰNG ĐÁ 
ONG THEO KỸ THUẬT XẾP LỚP ĐA TẦNG ....................................................... 71 
3.1 Tính chất nƣớc thải xám nhà cao tầng trên địa bàn thành phố Hà Nội ........... 71 
3.2 Kết quả nghiên cứu mô hình xếp lớp đa tầng quy mô phòng thí nghiệm ....... 75 
3.2.1 Sự di chuyển của dòng nƣớc qua các lớp đá ong .................................... 75 
3.2.2 Xác định hệ số tốc độ phân hủy chất hữu cơ nền (qua thông số BOD5, 
COD) và chuyển hóa nitơ (qua thông số NH4
+
-N) theo số lớp đá ong trong hệ 
thống xếp lớp đa tầng. ........................................................................................ 94 
3.3 Kết quả nghiên cứu mô hình thử nghiệm (pilot) xử lý tại chỗ nƣớc thải sinh 
hoạt xám của nhà B5 – Yên Thƣờng .................................................................... 103 
3.3.1 Xác định số lƣợng lớp vật liệu cần thiết để xử lý nƣớc thải sinh hoạt xám 
nhà B5 - Yên Thƣờng ...................................................................................... 103 
3.3.2 Xác định kích thƣớc mô hình thực nghiệm (pilot) theo lƣu lƣợng nƣớc 
thải sinh hoạt xám cần xử lý ............................................................................. 104 
3.3.3 Quá trình khởi động mô hình thử nghiệm (pilot) .................................. 105 
3.3.4 Kết quả nghiên cứu mô hình thử nghiệm xử lý tại chỗ nƣớc thải xám cho 
nhà B5 – Yên Thƣờng. ..................................................................................... 106 
 v 
3.4 Giải pháp công nghệ xử lý nƣớc thải xám bằng đá ong theo kỹ thuật xếp lớp 
đa tầng ................................................................................................................. 113 
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 116 
1. Kết luận ...................................................................................................... 116 
2. Kiến nghị .................................................................................................... 117 
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ ........................... 119 
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 120 
 vi 
DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH 
Hình 1.1: Sơ đồ thoát nƣớc trong các nhà cao tầng ...................................................... 6 
Hình 1.2: Công trình xử lý nƣớc thải xám tại Jordan .................................................. 11 
Hình 1.3: Xây dựng bể lọc để xử lý nƣớc thải xám tại Ấn Độ [18] ............................. 11 
Hình 1.4: Sơ đồ xử lý nƣớc thải xám nhà B23-ĐH Cần Thơ ...................................... 13 
Hình 1.5: Đá ong tự nhiên .......................................................................................... 14 
Hình 1.6: Cấu trúc không gian tinh thể Bruxit ............................................................ 16 
Hình 1.7: Cấu trúc không gian tinh thể Gibbsit .......................................................... 17 
Hình 1.8: Cấu trúc không gian tinh thể Boehmit ........................................................ 17 
Hình 1.9: Cấu trúc không gian tinh thể lepidocrokit và goethite ................................. 18 
Hình 1.10: Cấu trúc không gian tinh thể montmorillonit ............................................ 20 
Hình 1.11: Sơ đồ cấu tạo hệ thống xếp lớp đa tầng .................................................... 27 
Hình 1.12: Sự chuyển động của dòng nƣớc qua các đơn vị đất [42] ........................... 29 
Hình 1.13: Mối quan hệ giữa tải trọng thủy lực và thời gian lƣu nƣớc [39] .................. 32 
Hình 1.14: Hệ thống xếp lớp đa tầng xử lý nƣớc thải xám tại Nhật [45] ..................... 34 
Hình 1.15: Sơ đồ hệ thống xếp lớp đa tầng tại Nhật Bản [46] ...................................... 34 
Hình 1.16: Hệ thống xếp lớp đa tầng xử lý nƣớc thải sinh hoạt tại Thái Lan [45]. ...... 35 
Hình 1.17: Xử lý nƣớc thải sinh hoạt và nƣớc sông tại Philipin và Indonesia [46] ..... 35 
Hình 2.1: Quá trình hấp phụ của đá ong [48] ............................................................. 39 
Hình 2.2: Điểm tích điện không của một khoáng vật là 6,6 ........................................ 39 
Hình 2.3: Sơ đồ biểu diễn cấu trúc lớp kép có thể đánh dấu sự khác nhau giữa thể bề 
mặt và thế Zeta .......................................................................................................... 40 
Hình 2.4: Đƣờng hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir; tg =1/qmax ..................................... 44 
Hình 2.5: Sự phụ thuộc của /fC q và fC .................................................................. 44 
Hình 2.6: Các trạng thái tồn tại của amoni theo pH .................................................... 47 
Hình 2.7: Ảnh hƣởng của pH đến các dạng tồn tại của sắt ......................................... 48 
Hình 2.8: Ảnh hƣởng của nồng độ oxi đến quá trình phân hủy nitơ ........................... 50 
Hình 2.9: Kết quả đo XRD của mẫu đá ong khu vực Thạch Thất, Hà Nội .................. 54 
Hình 2.10: Sắt tập trung cao chiếm hầu hết hạt sét trong đá ong ................................ 55 
Hình 2.11: Vi cấu trúc của đá ong .............................................................................. 55 
Hình 2.12: Vật liệu đá ong tự nhiên (VL1) ................................................................. 55 
Hình 2.13: Đƣờng cong DSC khi nung nóng laterit (đá ong) đến 13000C [62] ........... 56 
Hình 2.14: Cấu trúc bề mặt của đá ong trƣớc và sau khi nung (Ảnh chụp SEM – độ 
phóng đại 25.000 lần) ................................................................................................ 58 
Hình 2.15: Vật liệu đá ong nung biến tính nhiệt (VL2) .............................................. 58 
Hình 2.16: Mô hình xếp lớp đất đa tầng quy mô phòng thí nghiệm ............................ 60 
Hình 2.17: Mô hình MSL6 ......................................................................................... 60 
Hình 2.18: Mô hình MSL3 ......................................................................................... 60 
Hình 2.19: Hệ thống phân phối .................................................................................. 60 
 vii 
Hình 2.20: Mô hình thử nghiệmMSL6-PL ................................................................. 61 
Hình 2.21: Mặt cắt mô hình thử nghiệm MSL6-PL .................................................... 62 
Hình 3.1: Mô phỏng dòng nƣớc di chuyển trong các lớp đá ong ................................ 75 
Hình 3.2: Dòng nƣớc di chuyển trong mô hình thí nghiệm ......................................... 75 
Hình 3.3: Sự thay đổi nồng độ BOD5 trƣớc và sau khi xử lý qua các mô hình thí 
nghiệm của NTNB ..................................................................................................... 78 
Hình 3.4: Sự thay đổi nồng độ BOD5 trƣớc và sau khi xử lý qua các mô hình thí 
nghiệm của NTPL ...................................................................................................... 78 
Hình 3.5: Sự thay đổi nồng độ COD trƣớc và sau xử lý qua các mô hình thí nghiệm 
của NTNB ................................................................................................................. 81 
Hình 3.6: Sự thay đổi nồng độ COD trƣớc và sau xử lý qua các mô hình thí nghiệm 
của NTPL .................................................................................................................. 81 
Hình 3.7: Sự thay đổi nồng độ NH4
+
-N trƣớc và sau xử lý qua các mô hình thí nghiệm 
của NTNB ................................................................................................................. 82 
Hình 3.8: Sự thay đổi nồng độ NH4
+
-N trƣớc và sau xử lý qua các mô hình thí nghiệm 
của NTPL .................................................................................................................. 83 
Hình 3.9: Sự thay đổi nồng độ NO2
-
-N trƣớc và sau xử lý qua các mô hình thí n ... ," vol. 12(3), pp. 3362–3380, March 2015. 
[82] R.S Yost et al, "Nutrient and management support system (NuMass)," Soil 
science, 2007. 
[83] R Criegee, H Pilz, H Flygare, Ber. dtsch. Chem. Ges., 1799 [1939]. 
 126 
PHỤ LỤC 
PHỤ LỤC A: 
Hình ảnh mô hình thí nghiệm xếp lớp đa tầng và hệ thống thử nghiệm pilot MSL6-PL 
Mô hình MSL 3 
Mô hình MSL4 
Mô hình MSL5 
Mô hình MSL6 
Mô hình MSL7 
Mô hình MSL6, MSL7 
 127 
Phân phối nƣớc vào mô hình thí nghiệm 
Thu nƣớc thải xám 
Đƣờng ống thu nƣớc thải xám 
Hệ thống pilot MSL6-PL 
 128 
PHỤ LỤC B 
Gia công vật liệu đá ong 
 129 
PHỤ LỤC C 
Bảng C1: Sự thay đổi nồng độ BOD5 qua các mô hình thí nghiệm của NTNB 
Ngày 
Nồng độ BOD5 (mg/L) Hiệu suất xử lý (%) 
CBOD5 vào MSL3 MSL4 MSL5 MSL6 MSL7 MSL3 MSL4 MSL5 MSL6 MSL7 
15/4/13 90.10 25.23 18.00 15.67 13.70 12.34 72.00 80.02 82.61 84.79 86.30 
20/4/13 72.01 15.93 11.05 9.05 8.77 7.67 77.88 84.66 87.44 87.82 89.35 
25/4/13 86.09 17.00 8.78 9.43 7.55 7.35 80.25 89.80 89.05 91.46 91.46 
30/4/13 70.53 15.48 8.24 7.08 8.05 6.28 78.06 88.32 89.96 91.10 91.10 
5/5/13 66.06 16.65 8.24 7.08 8.30 6.47 74.80 87.53 89.28 90.20 90.20 
10/5/13 70.13 17.59 9.16 7.88 8.55 6.67 74.92 86.93 88.76 90.49 90.49 
15/5/13 72.16 14.42 9.45 9.07 7.56 5.90 80.02 86.90 87.43 91.83 91.83 
20/5/13 102.00 23.72 9.63 9.11 9.05 7.06 76.74 90.56 91.07 93.08 93.08 
25/5/13 65.04 17.23 9.40 8.89 9.18 7.16 73.50 85.55 86.33 88.99 88.99 
30/5/13 80.06 17.76 9.18 8.35 7.90 7.16 77.81 88.53 89.57 91.06 91.06 
4/6/13 68.15 14.01 8.67 6.73 6.36 5.27 79.44 87.28 90.13 92.27 92.27 
9/6/13 76.24 14.24 9.86 9.33 7.04 5.49 81.32 87.07 87.77 92.80 92.80 
14/6/13 72.00 14.71 10.32 9.77 6.29 4.90 79.56 85.66 86.44 93.19 93.19 
19/6/13 70.43 16.06 11.54 9.92 10.09 6.59 77.19 83.61 85.91 85.67 90.64 
24/6/13 67.36 14.42 12.12 10.42 10.21 6.93 78.59 82.01 84.53 84.85 89.72 
29/6/13 83.10 21.71 15.30 13.16 10.21 8.74 73.87 81.59 84.17 87.72 89.48 
4/7/13 84.05 19.82 17.82 15.33 10.32 9.23 76.42 78.80 81.77 87.72 89.02 
9/7/13 84.41 19.23 16.48 14.17 9.02 8.56 77.22 80.48 83.21 89.32 89.86 
TB 76.66 17.51 11.29 10.02 8.79 7.21 77.20 85.29 86.97 89.69 90.60 
STDEV 9.9 3.3 3.3 2.7 1.8 1.7 2.6 3.5 2.8 2.7 1.7 
 130 
Bảng C2: Sự thay đổi nồng độ BOD5 qua các mô hình thí nghiệm của NTPL 
Ngày 
Nồng độ BOD5 (mg/L) Hiệu suất xử lý (%) 
CBOD5 vào MSL3 MSL4 MSL5 MSL6 MSL7 MSL3 MSL4 MSL5 MSL6 MSL7 
15/4/13 45.0 15.70 12.30 10.80 9.40 9.10 65.11 72.67 76.00 79.11 79.78 
20/4/13 37.0 8.80 7.30 7.20 6.90 6.10 76.22 80.27 80.54 81.35 83.51 
25/4/13 35.0 9.20 8.90 8.60 7.80 7.50 73.71 74.57 75.43 77.71 78.57 
30/4/13 41.2 9.10 7.60 7.10 6.80 6.40 77.91 81.55 82.77 83.50 84.47 
5/5/13 35.0 9.40 8.20 7.50 7.10 6.60 73.14 76.57 78.57 79.71 81.14 
10/5/13 39.0 12.20 9.30 8.10 7.10 6.80 68.72 76.15 79.23 81.79 82.56 
15/5/13 38.0 9.30 8.70 8.50 7.90 7.40 75.53 77.11 77.63 79.21 80.53 
20/5/13 46.3 9.30 8.50 8.10 7.90 7.20 79.91 81.64 82.51 82.94 84.45 
25/5/13 37.1 9.50 8.90 8.60 8.30 7.30 74.39 76.01 76.82 77.63 80.32 
30/5/13 37.0 9.50 8.70 8.30 8.10 7.30 74.32 76.49 77.57 78.11 80.27 
4/6/13 33.3 8.40 7.50 7.30 7.20 6.90 74.77 77.48 78.08 78.38 79.28 
9/6/13 36.0 8.90 7.20 6.50 5.80 5.60 75.28 80.00 81.94 83.89 84.44 
14/6/13 39.0 13.00 10.30 9.90 8.50 7.60 66.67 73.59 74.62 78.21 80.51 
19/6/13 35.0 15.00 12.20 10.40 8.90 7.50 57.14 65.14 70.29 74.57 78.57 
24/6/13 26.0 11.80 10.80 9.50 8.70 7.40 54.62 58.46 63.46 66.54 71.54 
29/6/13 37.0 13.00 12.20 10.10 8.80 7.80 64.86 67.03 72.70 76.22 78.92 
4/7/13 39.0 11.50 10.90 10.70 8.80 8.10 70.51 72.05 72.56 77.44 79.23 
9/7/13 38.0 13.00 12.50 11.50 8.90 8.40 65.79 67.11 69.74 76.58 77.89 
TB 37.4 10.9 9.6 8.8 7.9 7.3 70.5 74.1 76.1 78.5 80.3 
STDEV 4.4 2.3 1.8 1.5 1.0 0.8 7.0 6.2 5.0 3.9 3.1 
 131 
Bảng C3: Sự thay đổi nồng độ COD qua các mô hình thí nghiệm của NTNB 
Ngày 
Nồng độ COD (mg/L) Hiệu suất xử lý (%) 
CCOD vào MSL3 MSL4 MSL5 MSL6 MSL7 MSL3 MSL4 MSL5 MSL6 MSL7 
15/4/13 125.3 69.50 57.40 65.00 36.24 28.98 44.54 48.13 48.13 71.08 76.88 
20/4/13 132.5 79.38 55.40 69.20 37.74 30.66 40.09 47.77 47.77 71.52 76.86 
25/4/13 158.4 66.60 68.60 56.70 45.76 36.68 57.95 64.20 64.20 71.11 76.84 
30/4/13 129.8 61.80 62.28 57.80 50.94 38.22 52.38 55.46 55.46 60.75 70.55 
5/5/13 121.6 64.33 61.74 55.00 50.77 38.36 47.08 54.75 54.75 58.23 68.44 
10/5/13 129.0 77.20 67.50 68.40 50.60 40.04 40.17 46.99 46.99 60.78 68.97 
15/5/13 132.8 84.50 66.78 68.70 51.94 39.90 36.36 48.26 48.26 60.88 69.95 
20/5/13 127.2 71.96 67.14 58.50 49.43 38.50 43.41 53.99 53.99 61.13 69.72 
25/5/13 119.7 72.94 66.96 59.30 49.60 40.18 39.05 50.45 50.45 58.56 66.43 
30/5/13 147.3 78.26 70.80 60.20 51.60 40.46 46.87 59.13 59.13 64.97 72.53 
4/6/13 125.4 86.58 67.80 66.60 49.10 37.24 30.96 46.89 46.89 60.85 70.30 
9/6/13 140.3 60.97 70.40 46.90 45.93 37.38 56.54 66.57 66.57 67.26 73.35 
14/6/13 149.3 63.57 71.80 48.90 47.09 38.50 57.41 67.24 67.24 68.45 74.20 
19/6/13 129.6 63.31 74.80 48.70 49.93 40.32 51.15 62.42 62.42 61.47 68.89 
24/6/13 124.0 73.58 73.40 56.60 49.60 36.96 40.64 54.34 54.34 59.98 70.18 
29/6/13 152.9 76.44 84.94 58.80 46.43 41.50 50.01 61.54 61.54 69.64 72.86 
4/7/13 154.7 83.98 87.52 64.60 51.94 45.71 45.70 58.23 58.23 66.42 70.45 
9/7/13 155.3 89.57 88.45 68.90 51.10 44.62 42.33 55.64 55.64 67.10 71.27 
TB 136.4 73.6 70.2 59.9 48.1 38.6 45.7 52.6 55.7 64.5 71.6 
STDEV 13.1 9.0 7.2 9.2 4.5 4.0 7.5 6.8 6.8 4.6 3.1 
 132 
Bảng C4: Sự thay đổi nồng độ COD qua các mô hình thí nghiệm của NTPL 
Ngày 
Nồng độ COD (mg/L) Hiệu suất xử lý (%) 
CCOD vào MSL3 MSL4 MSL5 MSL6 MSL7 MSL3 MSL4 MSL5 MSL6 MSL7 
15/4/13 48.2 40.57 30.50 28.70 21.70 20.70 15.84 36.72 40.46 54.98 57.05 
20/4/13 53.0 38.70 29.10 27.70 22.60 21.90 26.98 45.09 47.74 57.36 58.68 
25/4/13 66.0 48.15 36.20 34.30 27.40 26.20 27.05 45.15 48.03 58.48 60.30 
30/4/13 68.3 49.34 37.10 34.60 30.50 27.30 27.76 45.68 49.34 55.34 60.03 
5/5/13 65.0 47.35 35.60 34.30 30.40 27.40 27.16 45.23 47.23 53.23 57.85 
10/5/13 69.0 51.60 38.80 37.50 30.30 28.60 25.21 43.77 45.65 56.09 58.55 
15/5/13 71.0 51.74 38.90 37.10 31.10 28.50 27.13 45.21 47.75 56.20 59.86 
20/5/13 68.0 51.34 38.60 37.30 29.60 27.50 24.50 43.24 45.15 56.47 59.56 
25/5/13 64.0 49.61 37.30 37.20 29.70 28.70 22.49 41.72 41.88 53.59 55.16 
30/5/13 74.4 49.88 37.50 35.40 30.90 28.90 32.96 49.60 52.42 58.47 61.16 
4/6/13 62.7 48.81 36.70 33.90 29.40 26.60 22.15 41.47 45.93 53.11 57.58 
9/6/13 66.8 49.08 36.90 35.20 27.50 26.70 26.53 44.76 47.31 58.83 60.03 
14/6/13 75.0 51.34 38.60 35.90 28.20 27.50 31.55 48.53 52.13 62.40 63.33 
19/6/13 69.3 51.47 38.70 37.40 29.90 28.80 25.73 44.16 46.03 56.85 58.44 
24/6/13 67.0 48.55 36.50 36.70 29.70 26.40 27.54 45.52 45.22 55.67 60.60 
29/6/13 69.5 50.94 38.30 36.30 27.80 26.60 26.71 44.89 47.77 60.00 61.73 
4/7/13 70.3 51.07 38.40 37.40 31.10 29.30 27.35 45.38 46.80 55.76 58.32 
9/7/13 70.6 50.81 38.20 37.80 30.60 28.60 28.03683 45.89 46.46 56.66 59.49 
TB 66.6 48.9 36.8 35.3 28.8 27.0 26.3 42.0 46.8 56.6 59.3 
STDEV 6.7 3.6 2.7 2.9 2.7 2.3 3.7 2.8 2.9 2.4 1.9 
 133 
Bảng C5: Sự thay đổi nồng độ NH4
+
-N qua các mô hình thí nghiệm của NTNB 
Ngày 
Nồng độ NH4
+
-N (mg/L) Hiệu suất xử lý (%) 
CNH4+-N vào MSL3 MSL4 MSL5 MSL6 MSL7 MSL3 MSL4 MSL5 MSL6 MSL7 
15/4/13 8.80 2.83 2.39 1.29 0.74 0.59 67.84 72.89 85.36 91.61 93.27 
20/4/13 10.55 2.75 2.31 1.25 0.66 0.53 73.97 78.09 88.17 93.75 94.99 
25/4/13 7.24 2.42 2.09 1.13 0.49 0.39 66.58 71.10 84.39 93.28 94.61 
30/4/13 9.24 2.30 2.02 1.09 0.49 0.39 75.16 78.16 88.21 94.73 95.78 
5/5/13 7.46 2.09 1.61 0.87 0.38 0.30 71.98 78.36 88.31 94.95 95.95 
10/5/13 7.57 2.30 1.54 0.83 0.46 0.37 69.68 79.65 89.01 93.99 95.18 
15/5/13 8.13 2.71 1.76 0.95 0.36 0.29 66.71 78.33 88.30 95.56 96.44 
20/5/13 14.60 2.17 1.69 0.91 0.41 0.33 85.12 88.44 93.76 97.20 97.76 
25/5/13 9.80 2.34 1.76 0.95 0.36 0.29 76.15 82.02 90.29 96.32 97.04 
30/5/13 7.82 1.76 1.28 0.69 0.36 0.29 77.45 83.57 91.13 95.38 96.29 
4/6/13 8.83 2.26 1.65 0.89 0.33 0.26 74.47 81.30 89.90 96.27 97.00 
9/6/13 7.35 3.03 2.06 1.11 0.46 0.37 58.72 72.04 84.90 93.81 95.03 
14/6/13 7.57 2.26 2.17 1.17 0.50 0.40 70.22 71.41 84.56 93.37 94.68 
19/6/13 6.90 2.75 2.02 1.09 0.60 0.48 60.21 70.77 84.21 91.36 93.07 
24/6/13 6.79 3.40 2.64 1.43 0.64 0.52 49.91 61.10 79.00 90.52 92.40 
29/6/13 9.58 5.08 3.78 2.04 0.89 0.72 46.92 60.53 78.69 90.66 92.50 
4/7/13 8.58 4.72 3.52 1.90 1.18 0.94 45.01 58.91 77.81 86.27 88.98 
9/7/13 10.02 3.94 3.19 1.72 1.07 0.86 60.72 68.13 82.79 89.35 91.45 
TB 8.71 2.84 2.19 1.18 0.58 0.46 66.49 74.16 86.04 93.24 94.58 
STDEV 1.85 0.91 0.69 0.37 0.25 0.20 11.02 8.27 4.46 2.81 2.26 
 134 
Bảng C6: Sự thay đổi nồng độ NH4
+
-N qua các mô hình thí nghiệm của NTPL 
Ngày 
Nồng độ NH4
+
-N (mg/L) Hiệu suất xử lý (%) 
CNH4+-N vào 
MSL
3 
MSL
4 
MSL
5 
MSL
6 
MSL7 
MSL
3 
MSL
4 
MSL
5 
MSL
6 
MSL7 
15/4/13 3.59 0.69 0.65 0.57 0.47 0.44 80.78 81.90 84.13 86.91 87.70 
20/4/13 3.91 0.67 0.63 0.49 0.42 0.39 82.86 83.88 87.47 89.26 89.90 
25/4/13 2.95 0.59 0.57 0.43 0.31 0.29 80.03 80.71 85.45 89.51 90.14 
30/4/13 3.77 0.56 0.55 0.42 0.31 0.29 85.16 85.42 88.87 91.78 92.28 
5/5/13 3.05 0.51 0.44 0.37 0.24 0.23 83.25 85.55 87.85 92.12 92.59 
10/5/13 3.09 0.56 0.42 0.32 0.29 0.27 81.88 86.41 89.65 90.62 91.18 
15/5/13 3.32 0.66 0.48 0.42 0.23 0.22 80.11 85.53 87.34 93.07 93.48 
20/5/13 5.43 0.53 0.46 0.38 0.26 0.24 90.24 91.53 93.00 95.21 95.50 
25/5/13 4.00 0.57 0.48 0.35 0.23 0.22 85.75 88.00 91.25 94.25 94.60 
30/5/13 3.19 0.43 0.35 0.28 0.23 0.22 86.52 89.03 91.23 92.79 93.22 
4/6/13 3.60 0.55 0.45 0.29 0.21 0.20 84.74 87.52 91.95 94.17 94.52 
9/6/13 3.00 0.74 0.56 0.35 0.29 0.27 75.33 81.33 88.33 90.33 90.91 
14/6/13 3.09 0.55 0.59 0.38 0.32 0.30 82.21 80.91 87.71 89.65 90.27 
19/6/13 2.82 0.67 0.55 0.47 0.38 0.36 76.23 80.48 83.32 86.52 87.33 
24/6/13 2.77 0.83 0.72 0.46 0.41 0.39 70.07 74.03 83.41 85.21 86.10 
29/6/13 3.91 1.24 1.03 0.87 0.57 0.54 68.28 73.65 77.74 85.42 86.29 
4/7/13 3.50 1.15 0.96 0.70 0.75 0.71 67.14 72.57 80.00 78.57 79.86 
9/7/13 3.65 0.96 0.87 0.76 0.68 0.64 73.70 76.16 79.18 81.37 82.49 
TB 3.48 0.69 0.60 0.46 0.37 0.34 79.68 82.48 86.55 89.26 89.91 
STDEV 0.62 0.22 0.19 0.16 0.16 0.15 6.56 5.55 4.47 4.54 4.26 
 135 
PHỤ LỤC D: 
Tính hàm lƣợng cặn hấp phụ trong lớp hạt và tuổi thọ hệ thống MSL6-PL. 
 Theo kết quả nghiên cứu đƣợc chấp nhận trong thực tế của Trịnh Xuân Lai [77] 
có: 
- Hệ số sinh cặn của vi khuẩn dị dƣỡng khử BOD là yH = 0,64 kg cặn/kg BOD 
- Hệ số sinh cặn của vi khuẩn tự dƣỡng yA = 0,24 kg cặn/kg NH4
+
-N đƣợc oxi 
hoá. 
 Chất lƣợng nƣớc đầu vào: BOD = 60 mg/L; NH4
+
-N = 10 mg/L thì lƣợng cặn 
sinh ra là: 
ysinh 𝑐ă𝑛 = 
60.0,64 + 10.0,24
60 + 10
= 0,58 (𝑘𝑔 𝑐ặ𝑛 𝑣𝑖 𝑠𝑖𝑛𝑕/𝑘𝑔 𝑐𝑕ấ𝑡 𝑛ề𝑛) 
 Hằng số phân huỷ cặn do hô hấp nội bào [55]: 
- Đối với vi sinh dị dƣỡng heterotrophic γh = 0,2 /ngày; 
- Đối với vi sinh tự dƣỡng autohophic γa = 0,1 /ngày. 
 Hằng số tổng: γ
𝑡ổ𝑛𝑔
= 
60.0,2+10.0,1
60+10
= 0,185 /𝑛𝑔à𝑦 
 Hệ số sinh cặn cuối cùng theo thời gian thời gian lƣu cặn θx 
𝑦𝑐ă𝑛 = 
𝑦sinh 𝑐ă𝑛
1 + γ
𝑡ổ𝑛𝑔 . θ𝑥
 Gọi cặn sinh ra ngày đầu do NH4
+
-N là g = 0,01 kg NH4
+
-N, BOD = 0,06 
kgBOD/m
3
 Với tải trọng thuỷ lực là 2.000 lít/m2.ngày, thời gian tính cho θx ngày thì: 
- Lƣợng cặn sinh ra do BOD trong 1 ngày là: 2m3.0,06 kgBOD/m3 = 0,12 
kg/ngày. 
- Lƣợng cặn sinh ra do NH4
+
-N trong 1 ngày là: 2m
3
.0,01 kg/ngày = 0,02 
kg/ngày. 
- Tổng lƣợng cặn sinh ra do chất nền và NH4
+
-N là: G = 0,12+0,02 = 0,14 
kg/ngày. 
 Lƣợng cặn sinh ra: 
𝑎 = ysinh 𝑐ă𝑛 .𝐺 = 
𝑦sinh 𝑐ă𝑛
1+ γ𝑡ổ𝑛𝑔 .θ𝑥
.G 
- Trong ngày đầu tiên θx =1 ngày: 
𝑎 = ysinh 𝑐ă𝑛 .𝐺 = 
0,58
1+ 0,185.1
 . 0,14 = 0,16 kg/ngày 
- Sau 30 ngày θx = 30 ngày: 
𝑎 = ysinh 𝑐ă𝑛 .𝐺 = 
0,58
1+ 0,185.30
 . 0,14 = 0,012 kg/ngày 
- Tổng cặn phát sinh sau 30 ngày: 
𝐴 = ysinh 𝑐ă𝑛 .𝐺 = 
0,58
1+ 0,185.1
+ 
0,58
1+ 0,185.2
+ ⋯+
0,58
1+ 0,185.30
 . 0,14 kg/ngày 
𝐴 = ysinh 𝑐ă𝑛 .𝐺 = 0,489 + 0,42 + ⋯+ 0,012 . 0,14 = kg/ngày 
 136 
A = 1,36 kg cặn, cặn nƣớc thải có tỷ trọng là 1,1 thì sau 1 tháng cặn chiếm thể tích các 
lỗ rỗng là: 
1,36 𝑘𝑔
1,1
= 1,23 𝑙í𝑡 
Theo kết cấu xếp lớp (6 lớp đá ong, mỗi lớp dày 5cm) nên chiếm 51,7% thể tích, còn 
lại 48,3% thể tích là các hạt. Độ rỗng của lớp hạt d = 1-3mm là trên 40%. Nhƣ vậy, 
1m
3
 hạt có thể tích rỗng là: 
Vrỗng = 40%.1m
3
 = 400 lít 
Bể lọc cao 0,6m nên thể tích lỗ rỗng là: 0,6.400 = 240 lít 
 Độ rỗng còn lại chỉ cần 1m3 cần 100 lít nên 0,6m3 cần 60 lít. Với tải trọng thuỷ 
lực 2.000 lít/m2.ngày thì độ rỗng còn lại đủ để chứa cặn trong khoảng thời gian 
là: 
T =
240 − 60
1,23
= 146 𝑡𝑕á𝑛𝑔 = 12,1 𝑛ă𝑚 
 137 
PHỤ LỤC E: 
- Với các đơn vị đá ong có kích thƣớc là 30x15x5 cm; hệ thống có kích thƣớc LxBxH 
= 0,95x0,5x0,68 đƣợc bố trí bên trong 6 lớp đá ong; khoảng cách giữa các lớp đá ong 
nhƣ mô tả trong mục 2.3.2.2 thì thể tích đá ong tự nhiên có trong hệ thống MSL6-PL 
là: 
Vđá ong = nxhx(B-0,05)x(L-0,05) (m
3) 
Trong đó: 
n là số lớp đá ong có trong hệ thống (lớp) 
h là chiều dày của một lớp đá ong (m) 
B là chiều rộng của hệ thống MSL6-PL (m) 
L là chiều dài của hệ thống MSL6-PL (m) 
Thay số có: 
Vđá ong = nxhx(B-0,05)x(L-0,05) =6x0,05x(0,5-0,05)x(0,95-0,05) = 0,12 (m
3) 
- Trong đá ong thành phần khoáng vật có chứa nhóm –O-H-O-H-O là Boehmite và 
chiếm 14-16% trong đá ong khu vực Thạch Thất – Hà Nội (Bảng 2.4). Chọn tỷ lệ 
15% là tỷ lệ tính toán. Thể tích khoáng vật Boehmite là: 
Vboehmite = 15%* Vđá ong = 15%*0,12 = 0,018 (m
3
) 
- Với trọng lƣợng riêng của đá ong lấy bằng trọng lƣợng riêng của đá đặc nguyên 
khai và bằng 2,75 tấn/m3. Khối lƣợng Boehmite trong hệ thống là: 
Mboehmite = 2,75*0,018 = 0,05 (tấn) = 0,05*1000 = 50 (kg) 
- Với tải trọng thủy lực là 2 m3/m2.ngày thì lƣu lƣợng nƣớc phân phối vào hệ thống 
MSL6-PL là: 
Q = 2*(0,95*0,5) = 2*0,475 = 0,95 (m3/ngày). 
- Với nồng độ amoni đầu trung bình là 8,71 mg/L, nồng độ amoni đầu ra yêu cầu theo 
QCVN 14:2008/BTNMT kể cả tính cho cột A là 5 mg/L thì hàm lƣợng amoni cần 
giảm là: 
Mamoni = 8,71 – 5 = 2,71 (mg/L) 
- Số lƣợng amoni cần loại bỏ trong một ngày là: 
Mamoni
ngày
 = 2,71*0,95*1000/1.000.000 = 0,00257 (kg/ngày) 
 138 
- Khối lƣợng amoni cần loại bỏ trong một năm là: 
Mamoni
năm
 = 0,00257*365 = 0,94 (kg/năm). 
- Tính số lƣợng oxi cung cấp cho phản ứng (2-18): 
NH4
+
 + 1,86O2 + 1,98HCO3
-
 → 
0,020 C5H7NO2 + 0,98 NO3
-
 + 1,88H2CO3 + 1,04H2O (2-18) 
- Theo phản ứng này thì cứ 1 gam nitơ trong chất cho electron NH4
+
 cần 2x32/14 = 
4,57 gam oxi để nhận electron giải phóng ra tƣơng ứng hay để loại bỏ 1 kg nitơ trong 
NH4
+
 thì cần 4,57 kg oxi để nhận electron. Giả sử toàn bộ số oxi này đều lấy từ liên kết 
–O-H-O-H-O trong Boehmite thithì số năm hệ thống MSL6-PL có thể duy trì việc 
cung cấp oxi là: 
T = 50/4,57 = 10,9 (năm)