Nghiên cứu xử lý nước thải dân cư bằng công nghệ màng lọc sinh học MBR (Membrane Bioreactor)

Tap̣ chı́ Khoa hoc̣ Trường Đaị hoc̣ Cần Thơ Tập 52, Phần A (2017): 72-79 
 72 
DOI:10.22144/ctu.jvn.2017.112 
NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI DÂN CƯ 
BẰNG CÔNG NGHỆ MÀNG LỌC SINH HỌC MBR (MEMBRANE BIOREACTOR) 
Nguyễn Minh Kỳ1, Trần Thị Tuyết Nhi2 và Nguyễn Hoàng Lâm3 
1Trung tâm Phát triển Môi trường và Con người (DfEP) 
2Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chí Minh 
3Trường Đại học Bách khoa, Đại học Đà Nẵng 
Thông tin chung: 
Ngày nhận bài: 08/03/2017 
Ngày nhận bài sửa: 12/07/2017 
Ngày duyệt đăng: 30/10/2017 
Title: 
Application of membrane 
bioreactor (MBR) technology 
for residential wastewater 
treatment 
Từ khóa: 
BOD5, bùn hoạt tính, COD, 
MBR, nước thải dân cư, sinh 
khối 
Keywords: 
Activated slugde, biomass, 
BOD5, COD, MBR, residential 
wastewater 
ABSTRACT 
This study is aimed to assess the efficiency of residential wastewater 
treatment by membrane bioreactor (MBR) technology. The working 
volume of the reactor is 36 liters (L*W*H = 24*20*75 cm) and the pore 
size of submerged membrane modules is 0.4 μm. MBR experimental 
model is a combination of the organic matter biodegradation and 
microbial biomass separation technique by membranes. Laboratory 
scale-model was set up to assess the efficiency of residential wastewater 
removal in the period of 121 days with the organic loading rates from 
1.7 to 6.8 kgCOD/m3.day. Due to the high biomass concentration, the 
wastewater treatment efficiency of MBR is higher than traditional 
methods. The average treatment efficiency of TSS, BOD5, COD, TN, TP 
are 89.4; 94.6; 92.6; 64.6 and 79.2%, respectively. In general, 
membrane filtration technology can be applied to treat high organic 
loading wastewater, this is an effective solution for sustainable 
environmental protection. 
TÓM TẮT 
Mục đích của nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng xử lý nước thải dân 
cư bằng công nghệ màng lọc sinh học (MBR). Bể phản ứng được thiết kế 
với dung tích hữu ích 36 lít (L*W*H = 24*20*75 cm) và sử dụng module 
màng nhúng chìm có kích thước lỗ lọc tương đương 0,4 µm. Mô hình thí 
nghiệm MBR là sự kết hợp giữa hai quá trình phân hủy sinh học chất 
hữu cơ và kỹ thuật tách sinh khối vi sinh bằng màng. Nghiên cứu bố trí 
thí nghiệm, đánh giá hiệu quả xử lý nước thải dân cư trong thời gian 121 
ngày với tải lượng chất hữu cơ dao động từ 1,7 đến 6,8 kgCOD/m3.ngày. 
Nhờ nồng độ sinh khối cao, MBR gia tăng hiệu quả xử lý nước thải so 
với phương pháp truyền thống. Hiệu quả xử lý trung bình TSS, BOD5, 
COD, TN, TP tương ứng lần lượt 89,4; 94,6; 92,6; 64,6 và 79,2%. Nhìn 
chung, công nghệ màng lọc có thể áp dụng để xử lý nguồn nước thải có 
tải lượng chất hữu cơ cao và là giải pháp hữu hiệu bảo vệ môi trường 
bền vững. 
Trích dẫn: Nguyễn Minh Kỳ, Trần Thị Tuyết Nhi và Nguyễn Hoàng Lâm, 2017. Nghiên cứu xử lý nước thải 
dân cư bằng công nghệ màng lọc sinh học MBR (Membrane bioreactor). Tạp chí Khoa học 
Trường Đại học Cần Thơ. 52a: 72-79. 
Tap̣ chı́ Khoa hoc̣ Trường Đaị hoc̣ Cần Thơ Tập 52, Phần A (2017): 72-79 
 73 
1 ĐẶT VẤN ĐỀ 
Công nghệ màng lọc sinh học MBR (membrane 
bioreactor) là sự kết hợp quá trình bùn hoạt tính 
sinh học và màng lọc (Baker, 2004). Đây là một 
trong những phương pháp tiên tiến, đã được áp 
dụng xử lý thành công nhiều loại nước thải khác 
nhau từ đô thị cho tới các loại nước thải công 
nghiệp, y tế có thành phần phức tạp và khó xử lý. 
MBR là sự kết hợp quá trình bùn hoạt tính với 
màng để tách bùn ra khỏi dòng sau xử lý. Với việc 
sử dụng màng lọc có kích thước lỗ màng dao động 
từ 0,01-0,4 μm nên vi sinh vật, chất ô nhiễm, bùn 
bị giữ lại tại bề mặt màng. Đồng thời, bùn sinh học 
sẽ được giữ lại trong bể phản ứng, mật độ vi sinh 
cao nên nâng cao hiệu suất xử lý chất ô nhiễm 
(Water Enviroment Federation, 2006). Vật liệu chế 
tạo màng lọc gồm các chất liệu vô cơ hoặc hữu cơ. 
Tuy nhiên xu hướng sử dụng màng lọc có nguồn 
gốc hữu cơ được sử dụng rộng rãi hơn. Màng lọc 
hữu cơ như polypropylene, polyethylene, 
polyacrylonitrile, polysulfone, aromatic polyamide, 
fluorinated polymer. Màng lọc vô cơ được tạo 
thành từ vật liệu như kim loại, oxit kim loại, 
ceramic, zeolites, thủy tinh, sứ, polymer tổng hợp 
(Cicek, 2003). Cấu trúc màng thường có các dạng 
như sợi rỗng, ống mao dẫn, cuộn và được chế tạo 
có diện tích bề mặt lớn để đáp ứng các yêu cầu kỹ 
thuật. 
Các nghiên cứu trước đây cho thấy tính ưu việt 
của việc ứng dụng công nghệ MBR xử lý nước thải 
y tế, công nghiệp hay sinh hoạt. Nghiên cứu thử 
nghiệm cho đối tượng nước thải chế biến thủy hải 
sản đạt hiệu quả xử lý BOD5, COD và TOC cao, 
lần lượt tương ứng 99, 85 và 85% (Sridang et al., 
2006). Công nghệ MBR cũng đạt hiệu quả xử lý 
cao đối với nước thải công nghiệp hóa dầu (Qin et 
al., 2007) và nước thải y tế (Saima Fazal et al., 
2015). Một số công trình trong nước nghiên cứu xử 
lý nước thải sinh hoạt của các tác giả Đỗ Khắc Uẩn 
và ctv. (2010), Trần Đức Hạ và ctv. (2012) cũng 
đạt được kết quả khả quan. Trong nghiên cứu này, 
mô hình thí nghiệm MBR là sự kết hợp giữa hai 
quá trình cơ bản (phân hủy sinh học chất hữu cơ và 
kỹ thuật tách sinh khối bằng màng) trong một đơn 
nguyên nhằm mục đích đánh giá hiệu quả xử lý 
nước thải dân cư ở thành phố Hồ Chí Minh. 
2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP 
NGHIÊN CỨU 
2.1 Vật liệu nghiên cứu 
Nước thải nghiên cứu được lấy từ một số khu 
dân cư ở thành phố Hồ Chí Minh. Nước thải sau 
khi lấy được xử lý sơ bộ bằng lưới lọc tinh nhằm 
loại bỏ các vật liệu thô, rắn, kích thước lớn như 
rác, lá cây. Thành phần và nồng độ các chất ô 
nhiễm được thể hiện chi tiết ở Bảng 1. Kết quả 
phân tích chất lượng nước đầu vào cho thấy nồng 
độ oxy hòa tan thấp và hàm lượng hữu cơ khá cao. 
Giá trị trung bình hàm lượng BOD5, COD không 
đáp ứng Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải 
sinh hoạt QCVN 14:2008/BTNMT và lần lượt 
tương ứng 312 và 630 mg/l. Đối với các chất dinh 
dưỡng (N, P) khảo sát với các trị số 33 và 21 mg/l 
và đều vượt ngưỡng xả thải. 
Bảng 1: Kết quả chất lượng nước thải đô thị và giới hạn cho phép 
STT Chỉ tiêu Đơn vị 
Kết quả QCVN 
14:2008/BTNMT 
(Cột A) N 
Trung 
bình 
Độ lệch 
chuẩn 
1 pH - 41 7,6 0,4 5-9 
2 DO mg/l 41 1,1 0,13 ≥2a 
3 BOD5 mg/l 41 312 14,5 30 
4 COD mg/l 41 630 27,8 75b 
5 TSS mg/l 41 270,4 98,3 50 
6 Nitơ tổng mg/l 41 33 4,7 20b 
7 Phốt-pho tổng mg/l 41 21 3,2 4b 
8 Coliforms MPN/100 ml 41 2,1.106 102 3000 
Chú thích: QCVN 14:2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt 
 aQCVN 39:2011/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước dùng cho tưới tiêu 
bQCVN 40:2011/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (cột A) 
Màng MBR sử dụng là màng sợi rỗng, có kích 
thước lỗ lọc 0,4 μm, nhãn hiệu Mitsubishi, Japan 
(có thể tách các chất rắn lơ lửng, hạt keo, vi khuẩn, 
một số virus và các phân tử hữu cơ kích thước lớn). 
Màng MBR được nhập khẩu và phân phối bởi 
Công ty Môi Trường Hành Trình Xanh (Quận 6, 
thành phố Hồ Chí Minh). 
2.2 Mô hình thí nghiệm 
Bể phản ứng được thiết kế với dung tích hữu 
ích 36 lít (kích thước L*W*H = 24*20*75 cm) và 
module màng nhúng chìm bằng vật liệu sợi rỗng 
Tap̣ chı́ Khoa hoc̣ Trường Đaị hoc̣ Cần Thơ Tập 52, Phần A (2017): 72-79 
 74 
polyethylene có kích thước lỗ lọc tương đương 0,4 
µm, diện tích bề mặt 0,9 m2 (Mitsubishi, Japan). 
Thời gian lưu bùn (solids retention time: SRT) 
được kiểm soát theo chế độ 25 ngày. Chu kỳ hoạt 
động và nghỉ của màng lọc với thời gian 10:1 phút. 
Để duy trì DO ≥ 2,0 mg/l trong quá trình vận hành, 
nghiên cứu bố trí sử dụng thiết bị cấp khí có lưu 
lượng 1,7 m3/h. Hiệu suất lọc qua màng tương 
đương 15-20 l/(m2.h). Không khí được cung cấp để 
vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ, thúc đẩy quá 
trình nitrát hóa và giảm tắc nghẽn màng. Nồng độ 
MLSS ban đầu trong bể phản ứng duy trì khoảng 
10000 mg/l. 
Mô hình nghiên cứu tiến hành điều chỉnh pH 
dao động trong khoảng 6,5-8,0 và vận hành trong 
thời gian 121 ngày với chế độ thời gian lưu thủy 
lực (hydraulic retention time: HRT) khác nhau để 
đánh giá hiệu quả xử lý TSS, BOD5, COD, N, P. 
Trong quá trình vận hành chỉ rửa màng bằng nước 
máy, sục khí bề mặt và không bổ sung dinh dưỡng 
cũng như không kiểm soát F/M. Quá trình rửa 
màng lọc được thực hiện tương ứng theo mỗi giai 
đoạn thí nghiệm. 
Hình 1: Sơ đồ mô hình thí nghiệm 
Bảng 2: Thông số và các giai đoạn vận hành 
Giai 
đoạn Ngày thứ 
Lưu lượng, 
lít/giờ 
Thời gian lưu 
nước, giờ 
Thời gian lưu 
bùn, ngày 
Tải lượng chất hữu cơ, 
kgCOD/m3.ngày 
1 1-30 4 9,0 25 1,7 
2 31-60 8 4,5 25 3,4 
3 61-90 12 3,0 25 5,1 
4 91-121 16 2,25 25 6,8 
Theo như nghiên cứu của Stefan & Walter 
(2001), quá trình thí nghiệm được khảo sát với thời 
gian lưu nước HRT thấp nhất ở mức 1,5 giờ trên 
đối tượng nước thải đô thị. Trong khi, Ren et al. 
(2001) lại tiến hành đánh giá HRT trong khoảng 
thời gian từ 1-3 giờ. Kinh nghiệm đối với các 
nguồn nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư, việc 
thiết lập HRT thường lựa chọn trong khoảng 1,5-
7,5 giờ (Defrance & Jaffrin, 1999; Huang et al., 
2000; Shim et al., 2002). Trong phạm vi nghiên 
cứu này, nhằm mục đích khảo sát đánh giá khả 
năng xử lý các chất ô nhiễm ở các tải lượng chất 
hữu cơ khác nhau, nghiên cứu tiến hành điều chỉnh 
và thay đổi lưu lượng nạp nước trong quá trình thí 
nghiệm theo các giai đoạn với lưu lượng: 4, 8, 12, 
16 lít/giờ. Thời gian lưu thủy lực (HRT) tương ứng 
lần lượt là 9,0; 4,5; 3,0 và 2,25 giờ. Tải lượng chất 
hữu cơ (organic loading rate: OLR) dao động trong 
khoảng giá trị 1,7 đến 6,8 kgCOD/m3.ngày. 
Bảng 3: Các thông số vận hành mô hình 
Thông số Đơn vị MBR OLR1 OLR2 OLR3 OLR4 
F/M ngày-1 0,006±0,0009 0,013±0,0017 0,018±0,0045 0,027±0,0058
OLR kgCOD/m3.ngày 1,7 3,4 5,1 6,8
HRT giờ 9,0 4,5 3,0 2,25
SRT ngày 25 25 25 25
MLSS mg/l 10431,1±1114,5 11092,5±1886,9 11403,5±2501,9 10773,4±2756,8
pH - 7,4±0,5 8,0±0,2 7,2±0,4 7,5±0,4
DO mg/l 6,1±0,4 5,2±0,3 4,1±0,2 3,9±0,1
Nhiệt độ 0C 32,0±1,6 34,9±2,1 37,0±1,9 40,6±1,2
Tap̣ chı́ Khoa hoc̣ Trường Đaị hoc̣ Cần Thơ Tập 52, Phần A (2017): 72-79 
 75 
2.3 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 
Phương pháp phân tích các thông số chất lượng 
nước theo phương pháp chuẩn APHA, 2005. Tần 
suất đo đạc các chỉ tiêu chất lượng nước được thực 
hiện 3 lần/tuần. Các giá trị pH, nhiệt độ, DO được 
đo bằng thiết bị đo nhanh. Trong đó, pH đo bằng 
máy cầm tay WTW 340i (Đức) và DO xác định 
bằng thiết bị đo nhanh cầm tay (Oron, Mỹ). Xác 
định chỉ tiêu BOD5 bằng phương pháp ủ trong điều 
kiện 200C và 5 ngày (tủ ủ BOD Aqualytic, Đức). 
Hàm lượng COD đo bằng máy quang phổ UV-VIS, 
theo phương pháp SMEWW 5220-D:2005. Hàm 
lượng nitơ tổng (TN), phốt-pho tổng (TP) đo bằng 
máy quang phổ UV-VIS, theo các phương pháp 
SMEWW 4500-N và 4500-P. Chỉ số TSS, MLSS, 
MLVSS được xác định theo phương pháp trọng 
lượng TCVN 6625:2000 (lọc bằng giấy lọc có kích 
thước 0,45 µm rồi sấy khô đến khối lượng không 
đổi ở các nhiệt độ 1050C và 5500C). 
3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 
3.1 Kết quả thông số vận hành và ưu điểm 
của công nghệ MBR 
Thông số pH được duy trì trong khoảng giá trị 
từ 6,7 đến 8,4 và có trung bình bằng 7,5 (SD=0,44; 
n=41). Trong khi, giá trị hàm lượng oxy hòa tan 
trung bình 4,8 mg/l (SD=0,92; n=41). Nhiệt độ bể 
phản ứng trung bình 35,20C (SD=1,84; n=41), các 
giá trị thấp nhất - cao nhất lần lượt tương ứng 
28,70C và 44,30C. 
Nhìn chung, hàm lượng MLSS trung bình bể 
phản ứng được duy trì tương đương 10913,1 ± 
2089,7 mg/l. Nồng độ MLSS theo các giai đoạn 
vận hành thí nghiệm có giá trị lần lượt 10431,1 ± 
1114,5 (OLR1); 11092,5 ± 1887,0 (OLR2); 11403,5 
± 2501,9 (OLR3) và 10773,4 ± 2756,8 mg/l 
(OLR4). 
Hình 2: Nồng độ sinh khối và chỉ số F/M trong bể phản ứng theo các tải lượng chất hữu cơ 
Hoạt động vận hành có tỷ số F/M khá thấp và 
dao động từ 0,005 đến 0,034 (ngày-1). Quá trình tạo 
bùn thấp trong điều kiện F/M thấp cũng được 
khẳng định trong công trình nghiên cứu của nhóm 
tác giả Huang et al. (2001). Thông thường, giá trị 
F/M thấp do sinh khối được giữ lại để duy trì nồng 
độ MLSS ở mức độ cao (Metcalf & Eddy, 2003). 
Việc áp dụng công nghệ màng lọc MBR có khả 
năng xử lý ổn định và đạt hiệu suất loại bỏ COD 
cao (Rosenberger et al., 2002). 
3.2 Khả năng loại bỏ hàm lượng tổng chất 
rắn lơ lửng 
Khả năng xử lý hàm lượng tổng chất rắn lơ 
lửng (TSS) theo các tải lượng chất hữu cơ khác 
nhau được thống kê và trình bày ở Bảng 4. 
Bảng 4: Hiệu quả xử lý TSS theo các tải lượng chất hữu cơ khác nhau 
STT OLR N Kết quả TSS vào TSS ra H, % 
1 OLR1=1,7 kgCOD/m3.ngày 11 
Trung bình 
Độ lệch chuẩn 
307,4 40,2 86,4 66,7 5,7 
2 OLR2=3,4 kgCOD/m3.ngày 10 
Trung bình 
Độ lệch chuẩn 
270,9 31,0 88,2 78,2 7,6 
3 OLR3=5,1 kgCOD/m3.ngày 10 
Trung bình 
Độ lệch chuẩn 
246,7 23,8 90,2 28,7 4,6 
4 OLR4=6,8 kgCOD/m3.ngày 10 
Trung bình 356,5 24,0 93,2 Độ lệch chuẩn 30,2 2,7 
0,000
0,005
0,010
0,015
0,020
0,025
0,030
0,035
0,040
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 10
3
10
9
11
5
12
1Nồ
ng
 độ
 sin
h k
hố
i, m
g/l
Thời gian, ngày
MLSS MLVSS
F/M
F/M
Tap̣ chı́ Khoa hoc̣ Trường Đaị hoc̣ Cần Thơ Tập 52, Phần A (2017): 72-79 
 76 
Hàm lượng TSS trước và sau xử lý lần lượt có 
giá trị dao động trong khoảng 198,5 đến 402,1 mg/l 
và 18,0 đến 49,0 mg/l. Các kết quả cho thấy sự phù 
hợp với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải 
sinh hoạt QCVN14:2008/BTNMT. Nghiên cứu của 
Chu & Li (2006) cho thấy kích thước lỗ lọc MBR 
nhỏ nên có khả năng lọc và loại bỏ tốt hàm lượng 
chất rắn lơ lửng. 
Hình 3: Sự thay đổi hàm lượng và hiệu quả xử lý TSS trong quá trình vận hành 
Hiệu quả xử lý hàm lượng chất rắn lơ lửng tổng 
cao, dao động trong khoảng 80,8 đến 94,2%, với 
trung bình đạt 89,4% (SD=3,6; n=41). Trung bình 
mức độ xử lý theo các tải lượng chất hữu cơ khác 
nhau lần lượt được thể hiện ở Bảng 4 và Hình 3. 
Trong đó, hiệu quả có xu hướng tăng dần theo việc 
tăng tải lượng chất hữu cơ theo thời gian. Đối với 
các chất hữu cơ hòa tan được vi sinh vật sử dụng 
làm nguồn cơ chất để tạo tế bào mới. Các hợp chất 
hữu cơ không phân hủy sinh học được loại bỏ bằng 
cơ chế lọc các hạt lơ lửng và thải bỏ cùng với bùn. 
Theo như nghiên cứu của Gander et al. (2000) 
màng lọc sinh học sẽ loại bỏ các hạt hữu cơ không 
tan và thải cùng với sinh khối. 
3.3 Khả năng xử lý các hợp chất hữu cơ 
Hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ chủ yếu nhờ vào 
hoạt động của vi sinh vật (bông bùn hoạt tính) 
trong bể phản ứng và một phần nhỏ là kết quả của 
quá trình lọc màng (Xing et al., 2000). Lưu lượng 
không khí cấp cho bể phản ứng là nhân tố chủ đạo 
ảnh hưởng mạnh mẽ đến hoạt động sinh hóa loại 
bỏ BOD5 và COD. Giá trị thông số BOD5, COD 
trước và sau xử lý trong suốt thời gian 121 ngày 
vận hành được thể hiện ở Hình 4. Hàm lượng 
BOD5 khảo sát dao động trong khoảng 250 - 361 
mg/l. Kết quả sau xử lý dao động từ 8,7 đến 29,0 
mg/l. Kết quả COD đầu vào dao động mức khá cao 
(từ 468 đến 702 mg/l). Tuy nhiên COD đầu ra có 
kết quả khá thấp (≤57,0 mg/l). Trong khi, theo như 
QCVN 14:2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật 
quốc gia về nước thải sinh hoạt (Cột A), ngưỡng 
giới hạn cho phép đối với các chỉ tiêu BOD5, COD 
lần lượt là 30 và 75 mg/l. Điều này cho thấy ưu 
điểm của công nghệ MBR có thể áp dụng cho mục 
đích xử lý, tái sử dụng tưới tiêu và bảo vệ môi 
trường. 
Hình 4: Sự thay đổi hàm lượng và hiệu suất xử lý chất hữu cơ trong quá trình vận hành 
70,0
75,0
80,0
85,0
90,0
95,0
100,0
0
100
200
300
400
500
1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103 109 115 121
Hà
m 
lượ
ng
 TS
S, 
mg
/l
Thời gian, ngày
TSSvào TSSra H,%
Hi
ệu
suấ
t, %
84,0
86,0
88,0
90,0
92,0
94,0
96,0
98,0
0
100
200
300
400
500
600
700
800
1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103 109 115 121
Ch
ất 
hữ
u c
ơ, 
mg
/l
Thời gian, ngày 
H(BOD5,%) H(COD,%) CODvào
CODra BOD5vào BOD5ra
Hi
ệu
suấ
t, %
Tap̣ chı́ Khoa hoc̣ Trường Đaị hoc̣ Cần Thơ Tập 52, Phần A (2017): 72-79 
 77 
Trong điều kiện tuổi bùn cao đạt được do thời 
gian lưu bùn lớn (25 ngày) cho phép quá trình 
khoáng hóa hoàn toàn các chất hữu cơ dễ phân hủy 
sinh học trong nước thải. Hiệu quả xử lý BOD5 
tăng theo thời gian khi tăng tải lượng chất hữu cơ 
từ 1,7 (tương ứng hiệu suất 93,2%) lên 6,8 
kgCOD/m3.ngày (tương đương 95,6%). Tương tự 
đối với hàm lượng COD, hiệu suất cũng có xu 
hướng tăng nhẹ từ 91,9% (giai đoạn 1) lên 93,1% 
(giai đoạn 3) và sau đó giảm nhẹ xuống ở giai đoạn 
4 (92,9%). Chi tiết hiệu suất xử lý BOD5 và COD 
theo các tải lượng chất hữu cơ khác nhau được 
trình bày ở các Bảng 5. 
Bảng 5: Hiệu quả xử lý BOD5 và COD theo các tải lượng chất hữu cơ khác nhau 
OLR N Kết quả BOD5, mg/l COD, mg/l Vào Ra H,% Vào Ra H,% 
OLR1=1,7 
kgCOD/m3.ngày 11 
Trung bình 317,7 21,4 93,2 604,0 48,5 91,9 Độ lệch chuẩn 18,0 4,7 58,4 4,3 
OLR2=3,4 
kgCOD/m3.ngày 10 
Trung bình 317,2 17,7 94,4 616,9 46,6 92,4 Độ lệch chuẩn 24,0 4,8 51,1 5,9 
OLR3=5,1 
kgCOD/m3.ngày 10 
Trung bình 291,6 13,6 95,3 591,5 40,1 93,1 Độ lệch chuẩn 17,7 3,3 57,5 7,1 
OLR4=6,8 
kgCOD/m3.ngày 10 
Trung bình 303,3 13,4 95,6 633,8 44,7 92,9 Độ lệch chuẩn 8,1 4,4 35,3 5,2 
Kết quả nghiên cứu được thể hiện ở Hình 4 cho 
thấy hiệu suất xử lý các hợp chất hữu cơ của công 
nghệ MBR trên 89%. Nghiên cứu của Xing et al. 
(2001) trên nước thải đô thị cũng có kết quả loại 
COD rất tốt, hiệu suất xử lý đạt 95%. Hiệu suất 
loại BOD5 thấp nhất đạt 90,5% (ngày thứ 7) và cao 
nhất lên tới 97,1% (ngày thứ 106). Trong khi mức 
độ xử lý COD dao động từ 89,6% (ngày thứ 34) 
đến 94,9% (ngày thứ 91). Hiệu quả xử lý BOD5 
cao hơn so với COD cho thấy thành phần, tính chất 
nước thải chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh 
học. Điều này được thể hiện qua tỷ số COD:BOD5 
khá thấp và dao động từ khoảng 1,5 đến 2,5 (Henze 
et al., 2008). 
3.4 Khả năng xử lý các chất dinh dưỡng 
Hiệu quả xử lý nitơ ở giai đoạn đầu khá thấp 
(59,0%) do quá trình nitrát hóa diễn ra còn chậm. 
Ở các giai đoạn 2 và 3, khi tăng tải lượng chất hữu 
cơ lên mức 3,4 và 5,1 kgCOD/m3.ngày thì mức độ 
xử lý TN đạt được sự ổn định nhất định, với lần 
lượt hiệu suất 65,9% và 69,7%. Do thiết lập thời 
gian lưu bùn SRT dài giúp ngăn ngừa thất thoát vi 
khuẩn nitrát hóa và cải thiện khả năng nitrát hóa 
của bùn hoạt tính. Tuy nhiên, trên phương diện 
chung thì hiệu quả xử lý nitơ trong nghiên cứu này 
thấp hơn so với các công trình tương tự. Cụ thể, 
xem xét các nghiên cứu của Wang et al. (2006), 
Monclus et al. (2010) và Wen et al. (2015) cho 
thấy mức độ xử lý nitơ khá cao và lần lượt tương 
ứng 70, 89 và 90 %. 
Hình 5: Sự thay đổi hàm lượng và hiệu quả xử lý nitơ và phốt-pho quá trình vận hành 
0,0
10,0
20,0
30,0
40,0
50,0
60,0
70,0
80,0
90,0
0
5
10
15
20
25
30
35
40
1 7 13 19 25 31 37 43 49 55 61 67 73 79 85 91 97 103 109 115 121
Ch
ất 
din
h d
ưỡ
ng
, m
g/l
Thời gian, ngày
H(TP,%) H(TN,%) TNvào
TNra TPvào TPra
Hi
ệu
suấ
t, %
Tap̣ chı́ Khoa hoc̣ Trường Đaị hoc̣ Cần Thơ Tập 52, Phần A (2017): 72-79 
 78 
Bảng 6: Hiệu quả xử lý N và P theo các tải lượng chất hữu cơ khác nhau 
OLR N Kết quả TN TP Vào Ra H, % Vào Ra H, % 
OLR1=1,7 
kgCOD/m3.ngày 11 
Trung bình 30,6 12,5 59,0 17,3 3,7 78,0 Độ lệch chuẩn 1,5 1,3 3,5 0,3 
OLR2=3,4 
kgCOD/m3.ngày 10 
Trung bình 27,0 9,2 65,9 12,6 2,4 79,6 Độ lệch chuẩn 2,2 2,5 3,2 0,6 
OLR3=5,1 
kgCOD/m3.ngày 10 
Trung bình 27,4 8,3 69,7 14,4 3,1 78,0 Độ lệch chuẩn 4,0 2,3 3,2 0,4 
OLR4=6,8 
kgCOD/m3.ngày 10 
Trung bình 33,2 11,7 64,4 16,5 3,0 81,2 Độ lệch chuẩn 2,9 1,8 3,5 0,4 
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng việc loại phốt-
pho cao hơn so với nitơ. So sánh với nghiên cứu 
của nhóm tác giả Monclus et al. (2010) cho thấy 
quá trình hấp thụ và mức độ loại bỏ phốt-pho khá 
cao, ứng với 92%. Mức độ xử lý TP dao động 
trong khoảng 52,5% (ngày thứ 7) đến 81,3% (ngày 
thứ 73). Trong điều kiện hiếu khí, hàm lượng phốt-
pho trong nước thải sẽ được vi khuẩn ưa phốt-pho 
hấp thụ và tích lũy. Lượng phốt-pho được loại bỏ 
nhờ sự kết hợp và đi vào tế bào sinh khối. Trung 
bình hiệu suất xử lý TN và TP lần lượt đạt 64,6% 
(SD=8,1; n=41) và 79,2% (SD=5,2; n=41). Hiệu 
suất loại phốt-pho thấp nhất đạt 64,6% (ngày thứ 
34) và cao nhất là 85,1% (ngày thứ 37). Việc cấp 
khí có vai trò thúc đẩy quá trình loại bỏ N và P dựa 
trên các cơ chế nitrát hóa - khử nitrát hóa và hấp 
thụ - giải phóng phốt-pho trong bể phản ứng MBR. 
Vi sinh vật sử dụng oxi hòa tan để oxi hóa sinh 
hóa, đồng hóa các chất dinh dưỡng. Phốt-pho được 
tích lũy dưới dạng poly phốt-phát vào sinh khối vi 
sinh vật. Công nghệ màng MBR hiếu khí được xem 
là giải pháp thích hợp xử lý, loại bỏ nitơ trong 
nước thải sinh hoạt nhờ quá trình khử nitrát hóa 
không hoàn toàn tạo thành oxit nitơ (NO, N2O) và 
thoát ra khỏi tế bào (Ueda et al., 1996). 
4 KẾT LUẬN 
Nghiên cứu áp dụng công nghệ màng MBR xử 
lý nước thải dân cư có hiệu quả xử lý BOD5, COD 
trên 90%; xử lý nitơ đạt 52,5-81,3% và phốt-pho 
đạt 64,6-85,1%. Hàm lượng cặn lơ lửng cũng được 
loại bỏ và đáp ứng yêu cầu Quy chuẩn kỹ thuật 
quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN14:2008/ 
BTNMT. Hiệu quả loại N và P được tăng cường 
ngay cả trong điều kiện vận hành OLR thấp. Ưu 
điểm của công nghệ MBR là duy trì nồng độ 
MLSS ổn định và ở mức cao. Bể phản ứng tạo điều 
kiện thuận lợi để vi sinh vật phân giải và xử lý các 
chất ô nhiễm trong nước thải. Khả năng thấm lọc 
qua màng có kích thước khe nhỏ cũng góp phần 
nâng cao hiệu quả loại bỏ tác nhân gây ô nhiễm. 
MBR là công nghệ có thể ứng dụng xử lý nước thải 
sinh hoạt nhằm mục đích kiểm soát ô nhiễm và bảo 
vệ môi trường hiệu quả, đặc biệt phù hợp đối với 
các khu dân cư, đô thị mới có hệ thống thu gom 
nước thải hoàn chỉnh. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
APHA, AWWA, WEF, 2005. Standard Methods for 
the Examination of Water and Wastewater, 21st 
Ed. American Public Health Association, 
Washington DC. 
Baker, R.W., 2004. Membrane Technology and 
Application, 2nd Ed. Jonh Wiley & Sons Ltd, USA. 
Chu L., Li S., 2006. Filtration capability and operational 
characteristics of dynamic membrane bioreactor for 
municipal wastewater treatment. Separation and 
Purification Technology, 51(2): 173–179. 
Cicek N., 2003. A review of Membrane Bioreactors 
and their potential application in the treatment of 
agricultural wastewater. Canadian Biosystems 
Engineering, 45(6): 37-49. 
Defrance, L., Jaffrin, M.Y., 1999. Comparison between 
filtrations at fixed trans membrane pressure and fixed 
permeate flux: application to a membrane bioreactor 
used for wastewater treatment. Journal of Membrane 
Science, 152(2): 203-210. 
Gander, M.A., Jefferson, B., Judd, S.J., 2000. 
Membrane bioreactors for use in small 
wastewater treatment plants: membrane materials 
and effluent quality. Water Science and 
Technology, 41(1): 205-211. 
Trần Đức Hạ, Trần Thị Việt Nga, Trần Hoài Sơn, 2012. 
Ứng dụng công nghệ AO-MBR để xử lý nước thải 
sinh hoạt Hà Nội. Tạp chí Khoa học và Công nghệ, 
Viện KH&CN Việt Nam, 50(2B): 40-47. 
Henze M., M.C.M. van Loosdrecht, G.A. Ekama and 
D. Brdjanovic, 2008. Biological Wastewater 
Treatment: Principles Modelling and Design. 
IWA Publishing, London, UK. 
Huang, X., Gui, P., Qian, Y., 2000. Performance of 
submerged membrane bioreactor for domestic 
wastewater treatment. Tsinghua Science and 
Technology, 5(3): 237-240. 
Huang, X., Gui, P., Qian, Y., 2001. Effect of sludge 
retention time on microbial behaviour in a 
submerged membrane bioreactor. Process 
Biochemistry, 36(10): 1001-1006. 
Metcalf & Eddy., 2003. Wastewater engineering 
treatment and reuse, 4th Ed. McGraw Hill. 
Tap̣ chı́ Khoa hoc̣ Trường Đaị hoc̣ Cần Thơ Tập 52, Phần A (2017): 72-79 
 79 
Monclus H., Sipma J., Ferrero G., Rodriguez-Roda 
I., Comas J., 2010. Biological nutrient removal in 
an MBR treating municipal wastewater with 
special focus on biological phosphorus removal. 
Bioresource Technology, 101(11): 3984-3991. 
Qin, J.J., Oo, M.H., Tao, G., Kekre, K.A., 2007. 
Feasibility study on petrochemical wastewater 
treatment and reuse using submerged MBR. 
Journal of Membrane Science, 293(1-2): 161–166. 
Ren, N.Q., Zhang,Y., Chen, Z.B., 2001. The 
mathematical model analysis of membrane flux 
by using submerged bioreactor with different 
membrane forms. High Technology Letters, 11: 
100-103. 
Rosenberger, S., Kruger, U., Witzig, W., Manz, W., 
Szewzyk, U., Kraume, M., 2002. Performance of 
a bioreactor with submerged membranes for 
aerobic treatment of municipal wastewater. 
Water Research, 36(2): 413-420. 
Saima F., Beiping Z., Zhengxing Z., Lan G., Xiejuan 
L., 2015. Membrane separation technology on 
pharmaceutical wastewater by using MBR 
(Membrane Bioreactor). Journal of 
Environmental Protection, 6(4): 299-307. 
Shim, J.K., Yoo, I.K., Lee, Y.M., 2002. Design and 
operation considerations for wastewater treatment 
using a flat submerged membrane bioreactor. 
Process Biochemistry, 38(2): 279-285. 
Sridang, P.C., Kaiman, J., Pottier, A. and 
Wisniewski, C., 2006. Benefits of MBR in 
seafood wastewater treatment and water reuse: 
study case in Southern part of Thailand. 
Desalination, 200(1-3): 712-714. 
Stefan, H., Walter, T., 2001. Treatment of urban 
wastewater in a membrane bioreactor at high 
organic loading rates. Journal of Biotechnology, 
92(2): 95–101. 
Đỗ Khắc Uẩn, Rajesh Banu, Ick- Tae Yeom, 2010. 
Đánh giá các ảnh hưởng của thông số động học 
và điều kiện vận hành đến sản lượng bùn dư 
trong hệ thống xử lý nước thải đô thị bằng 
phương pháp sinh học kết hợp với lọc màng. Tạp 
chí Khoa học và Công nghệ, Đại học Đà Nẵng, 
4(39): 25-33. 
Ueda, T., Hata, K., Kikuoka, Y., 1996. Treatment of 
domestic sewage from rural settlements by a 
membrane bioreactor. Water Science and 
Technology, 34(9): 189–196. 
Wang Z.W., Wu Z.C., Gu G.W., Yu G.P., Ma L.M., 
2006. Simultaneous nitrogen and phosphor 
removal in an aerobic submerged membrane 
bioreactor. Journal of Environmental Sciences, 
18(3): 439-45. 
Water Enviroment Federation, 2006. Membrane 
systems for wastewater treatment. Press 
McGraw-Hill, New York. 
Wen, J., Liu, Y., Tu, Y. and LeChevallier, M., 2015. 
Energy and chemical efficient nitrogen removal 
at a full-scale MBR water reuse facility. AIMS 
Environmental Science, 2(1): 42-55. 
Xing, C.H., Tardieu E., Qian Y., Wen W.H., 
2000. Ultrafiltration membrane bioreactor for 
urban wastewater reclamation. Journal of 
Membrane Science, 177(1-2): 73–82. 
Xing, C.H., Wen, X.H., Qian, Y., Tardieu, E., 2001. 
Microfiltration-membrane-coupled bioreactor for 
urban wastewater reclamation. Desalination., 
141(1): 63-73.