Thiết bị SBR cải tiến hiệu năng cao trong xử lý đồng thời các chất hữu cơ và Nitơ trong nước thải chế biến cao su sau xử lý kỵ khí

4822(11) 11.2017
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ
Mở đầu
Việt Nam là một trong số các nước dẫn đầu thế giới về 
khai thác và xuất khẩu cao su tự nhiên. Theo số liệu thống 
kê của Hiệp hội Cao su Việt Nam, sản lượng cao su thiên 
nhiên năm 2016 của nước ta đạt trên 1 triệu tấn, đứng thứ 3 
thế giới (sau Thái Lan và Indonesia). Với lượng nước thải 
phát sinh trung bình khoảng 25 m3 cho mỗi tấn sản phẩm, 
mỗi năm ngành công nghiệp chế biến cao su Việt Nam đang 
phát thải khoảng trên 25 triệu m3 nước thải. Nước thải chế 
biến cao su tự nhiên được xem là một trong những loại nước 
thải có mức độ ô nhiễm rất cao bởi các thành phần: Nhu cầu 
oxy sinh hóa (BOD), nhu cầu oxy hóa học (COD), tổng nitơ 
(T-N) và tổng chất rắn lơ lửng (TSS) với giá trị tương ứng 
có thể lên tới 7.590-13.820 mg/l, 11.935-26.914 mg/l, 450-
1.306 mg/l và 468-2.220 mg/l [1, 2]. 
Hiện nay, ở Việt Nam có nhiều công nghệ xử lý nước thải 
đang được áp dụng trong ngành chế biến cao su tự nhiên, 
trong đó chủ yếu kết hợp một số trong các quá trình: Tách 
gạn mủ, tuyển nổi, xử lý kỵ khí UASB, mương oxy hóa, bể 
sục khí, lọc sinh học hiếu khí, hồ tảo, hồ ổn định [1, 3]. Tuy 
nhiên, theo điều tra của các tác giả Nguyen Nhu Hien và 
Luong Thanh Thao (2012) [1], các hệ thống xử lý nước thải 
ở các nhà máy chế biến mủ cao su tại khu vực Đông Nam 
Bộ vẫn bộc lộ nhiều hạn chế, như hiệu quả xử lý chưa cao; 
COD, BOD, T-N và TSS trong nước thải sau xử lý ở nhiều 
nhà máy vẫn còn cao hơn quy chuẩn xả thải cho phép. Công 
nghệ chủ yếu hiện nay được áp dụng để xử lý các thành 
phần nitơ trong nước thải của các nhà máy chế biến mủ cao 
su là mương oxy hóa, hồ tảo hay hồ tự nhiên, tuy nhiên hiệu 
quả xử lý chưa cao, khó có khả năng xử lý triệt để các thành 
phần nitơ, hơn nữa cần thời gian xử lý dài và mặt bằng xây 
dựng lớn [1-3]. 
Thiết bị phản ứng theo mẻ kế tiếp (SBR) đã được nghiên 
cứu và ứng dụng nhiều trong xử lý nước thải do có các ưu 
điểm: Có thể xử lý đồng thời các chất hữu cơ và nitơ; công 
nghệ linh hoạt, có thể thay đổi chế độ vận hành phù hợp với 
tính chất khác nhau của nhiều loại nước thải và không cần 
bể lắng cuối [4-10]. Tuy nhiên, đối với SBR thông thường, 
để nâng cao khả năng xử lý đồng thời các chất hữu cơ và 
nitơ cần phải thực hiện nhiều chu trình phản ứng thiếu khí 
- hiếu khí luân phiên, kết hợp với áp dụng chế độ cấp nước 
thải nhiều lần vào giai đoạn đầu của mỗi chu trình thiếu 
khí - hiếu khí [4, 5, 9]. Vì vậy, quá trình SBR thông thường 
với nhiều chu trình thiếu - hiếu khí trở nên phức tạp, khó áp 
Thiết bị SBR cải tiến hiệu năng cao trong xử lý đồng thời các chất 
hữu cơ và nitơ trong nước thải chế biến cao su sau xử lý kỵ khí
Dương Văn Nam1, 2*, Phan Đỗ Hùng2, 3, Nguyễn Hoài Châu2, 3, Đinh Văn Viện2, 3
1Viện Khoa học vật liệu, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam
2Học viện KH&CN, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam
3Viện Công nghệ môi trường, Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam
Ngày nhận bài 24/8/2017; ngày chuyển phản biện 28/8/2017; ngày nhận phản biện 29/9/2017; ngày chấp nhận đăng 4/10/2017
Tóm tắt:
Nghiên cứu này trình bày khả năng loại bỏ đồng thời các chất hữu cơ và nitơ trong nước thải chế biến mủ cao su sử 
dụng các thiết bị phản ứng theo mẻ kế tiếp (SBR) cải tiến. Các thiết bị SBR cải tiến được thiết kế đặc biệt để bao gồm 
cả vùng hiếu khí có sục khí và vùng thiếu khí không sục khí trong cùng một thiết bị. Trong các thiết bị này, hỗn hợp 
nước thải có thể tuần hoàn liên tục từ vùng này sang vùng khác trong khi sục khí. Do đó, các quá trình nitrit/nitrat 
hoá và khử nitrit/nitrat có thể xảy ra đồng thời trong hai vùng của thiết bị. Hai thiết bị R1 và R2 với các chế độ sục 
khí khác nhau đã được sử dụng để đánh giá hiệu quả của chế độ sục khí. Sục khí được duy trì ở tốc độ không đổi đối 
với thiết bị R1, trong khi đó thay đổi từ tốc độ sục khí thấp trong giai đoạn đầu sang tốc độ sục khí cao hơn trong giai 
đoạn sau của giai đoạn phản ứng đối với thiết bị R2. Thiết bị R1 được vận hành với cách thức sục khí thông thường 
cũng đã đạt được hiệu quả xử lý cao đối với nhu cầu oxy hóa học (COD), amoni cũng như tổng nitơ (T-N). Hơn nữa, 
hiệu quả của thiết bị R2 với chế độ sục khí đặc biệt còn được cải thiện thêm đáng kể về khả năng xử lý T-N. Trong 
các khoảng tải trọng COD và T-N tương ứng 0,9-1,6 kg COD/(m3⋅ngày) và 0,16-0,31 kg T-N/(m3⋅ngày), hiệu suất xử 
lý COD, amoni và T-N trung bình của thiết bị R2 tương ứng là 97%, gần 100% và 94-97%.
Từ khóa: Nước thải chế biến mủ cao su, thiết bị SBR cải tiến, xử lý đồng thời chất hữu cơ và nitơ.
Chỉ số phân loại: 2.7
*Tác giả liên hệ: Email: namdv@ims.vast.vn
4922(11) 11.2017
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 
dụng trong thực tế, đặc biệt là ở điều kiện Việt Nam. 
 Với mục đích vừa nâng cao hiệu quả xử lý cùng lúc các 
chất hữu cơ và nitơ, vừa đơn giản hóa quy trình vận hành, 
nghiên cứu này được thực hiện nhằm cải tiến thiết bị SBR 
thông thường để có thể đồng thời thực hiện các quá trình 
hiếu khí và thiếu khí, tức là để có thể xử lý đồng thời các 
hợp chất nitơ cùng lúc với xử lý các chất hữu cơ, chỉ trong 
một giai đoạn phản ứng duy nhất.
Nguyên liệu và phương pháp 
Nước thải
Nước thải sử dụng trong nghiên cứu này là nước thải 
của Nhà máy Cao su Hà Tĩnh sau khi được xử lý qua hệ 
thống UASB trong phòng thí nghiệm. Nước thải sau xử lý 
kỵ khí có COD trong khoảng 1.600-2.016 mg/l; nồng độ 
nitơ amoni (N-NH
4
+) và tổng nitơ (T-N) tương ứng trong các 
khoảng 154-261 mg/l và 231-391 mg/l (bảng 1).
Bảng 1. Đặc trưng nước thải và các chế độ thí nghiệm.
Thông số
Giai đoạn khởi động Giai đoạn ổn định
Chế độ I Chế độ II Chế độ III Chế độ IV Chế độ V
COD vào, mg/l 1671±34 1743±79 1600±39 1717±25 2016±80
N-NH
4
+ vào, mg/l 154±6 154±10 190±13 208±5 261±17
T-N vào, mg/l 231±9 232±15 284±19 311±8 391±26
Lưu lượng nước thải, l/ngày 4,67±0,09 6,28±0,12 8,45±0,08 10,4±0,2 11,8±0,3
Tải trọng COD, 
kg COD/(m3×ngày) 0,52±0,01 0,73±0,02 0,90±0,02 1,19±0,03 1,61±0,06
Tải trọng N-NH
4
+, 
kg N-NH
4
+/(m3×ngày) 0,048±0,002 0,064±0,003 0,11±0,01 0,14±0,01 0,21±0,01
Tải trọng T-N, 
kg T-N/(m3×ngày)
0,071±0,003 0,096±0,005 0,16±0,01 0,21±0,01 0,31±0,02
Các hệ thiết bị thí nghiệm
Hình 1. Hệ thí nghiệm SBR cải tiến.
1. Thùng chứa nước thải, 2. Bơm cấp nước thải, 3. Ống cấp nước thải, 4. 
Thiết bị SBR cải tiến, 5. Van xả tự động, 6. Thùng chứa nước sau xử lý, 7. 
Máy thổi khí, 8. Lưu lượng kế khí, 9. Cục phân tán khí, 10. Bộ điều khiển, 
I. Vùng hiếu khí II, Vùng thiếu khí.
High-performance modified SBR 
for simultaneous removal of 
organic and nitrogen matters from 
rubber latex processing wastewater
Van Nam Duong1,2*, Do Hung Phan2,3
Hoai Chau Nguyen2,3, Van Vien Dinh2,3
1Institute of Materials Science, VAST
2Graduate University of Science and Technology, VAST
 3Institute of Environmental Technology, VAST
Received 24 August 2017; accepted 4 October 2017
Abstract:
In this study, the simultaneous removal of organic 
and nitrogen substances from rubber latex processing 
wastewater was investigated using modified sequencing 
batch reactors (SBRs). The reactors were specially 
designed to consist of both oxic zone with aeration 
and anoxic one without aeration in a single-stage 
reactor. In these reactors, wastewater mixture is able 
to continuously circulate itself from one zone to the 
other during aeration. Therefore, nitrification and 
denitrification could be occurred simultaneously in the 
two zones of these reactors. Reactors R1 and R2 with 
different aeration modes were used for evaluating the 
effect of aeration modes. Aeration was kept at constant 
air flow-rate for R1, while varried from lower air flow-
rate in the early period of the reaction stage to higher 
air flow-rate in the later one for R2. The reactor R1 
with the conventional aeration mode achieved high 
COD as well as T-N removal efficiencies. Furthermore, 
the performance of the reactor R2, which was operated 
under the specific aeration mode, was greatly improved 
in terms of T-N removal. In the ranges of COD and T-N 
loading rates of 0.9-1.6 kg COD⋅m-3⋅d-1 and 0.16-0.31 kg 
N⋅m-3⋅d-1, respectively, the average COD, ammonium, 
and T-N removal efficiencies of R2 were 97%, nearly 
100%, and 94-97%, respectively. 
Keywords: Modified SBR, rubber latex processing 
wastewater, simultaneous removal of organic and nitrogen 
matters.
Classification number: 2.7
1 
Các hệ thiết bị thí nghiệm 
trình vận hành thiết bị. 
Quy trình và chế độ thí nghiệm 
Quy trình thí nghiệm: 
Chu trình vận hành của các hệ thiết bị thí nghiệm như hình 2, bao gồm ba giai đoạn tuần tự 
nối tiếp nhau: Cấp và tháo nước đồng thời, phản ứng, và lắng. 
Hình 2. Chu trình làm việc của thiết bị thí nghiệm. 
Lắng 
(mẻ trước) 
Cấp và tháo 
nước đồng thời 
Phản ứng 
(sục khí) 
Lắng 
Cấp, tháo nước đồng 
thời (mẻ tiếp theo) 
Một mẻ xử lý (180 phút) 
N
ư
ớ
c
 t
h
ả
i 
4 
2 
8 
5 
7 
1 
6 
K
h
ô
n
g
 k
h
í Nước sau xử lý, 
vị trí lấy mẫu 
3 
10 
I II 
9 
5022(11) 11.2017
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ
Hai hệ thống thiết bị (R1, R2) giống nhau như hình 1 đã 
được sử dụng để nghiên cứu. Mỗi hệ thống bao gồm thiết 
bị SBR cải tiến; bơm cấp nước thải; máy thổi khí; và van 
xả tự động. Các thiết bị có thể điều khiển được chế độ hoạt 
động theo chu kỳ thời gian mong muốn. Thí nghiệm được 
tiến hành theo hình thức xử lý theo mẻ. Thiết bị SBR cải 
tiến được chế tạo từ nhựa acrylic trong suốt, có tổng thể tích 
hữu ích và chiều cao làm việc tương ứng là 15 lít và 1,34 m. 
Thiết bị SBR cải tiến được phát triển trong nghiên cứu 
này khác với các thiết bị SBR thông thường, được chia 
thành hai vùng bởi vách ngăn nhưng thông nhau ở cả phía 
trên mặt và dưới đáy, và việc cấp không khí trong giai đoạn 
phản ứng của mỗi mẻ xử lý chỉ được thực hiện ở vùng thứ 
nhất. Trong giai đoạn sục khí, do có sự chênh lệch khối 
lượng riêng của hỗn hợp nước - bùn giữa hai vùng có sục 
khí và không có sục khí mà hỗn hợp có khối lượng riêng lớn 
hơn từ vùng không sục khí được tuần hoàn về vùng có sục 
khí, tạo ra vòng tuần hoàn khép kín giữa hai vùng (hình 1). 
Với cấu tạo như vậy, trong thiết bị SBR cải tiến này đồng 
thời tồn tại cả hai vùng hiếu khí và thiếu khí ngay trong 
cùng một thiết bị, và hỗn hợp nước - bùn được luân chuyển 
từ vùng này sang vùng kia nhờ hiệu ứng khí nâng mà không 
cần sử dụng bơm tuần hoàn ngoài. 
Ngoài ra, thiết bị này cũng được cải tiến để có thể gộp 
các giai đoạn tháo nước đã xử lý của mẻ trước và cấp nước 
mới cho mẻ tiếp theo như ở thiết bị SBR thông thường thành 
một bước cấp và tháo nước đồng thời, được thực hiện cùng 
lúc. Việc này được thực hiện bằng cách cấp nước thải cho 
mẻ mới vào phía dưới đáy thiết bị, đồng thời mở van tháo 
nước phía trên thiết bị để nước đã xử lý của mẻ trước ở phần 
phía trên thiết bị chảy ra ngoài. Việc cấp và tháo nước đồng 
thời cho phép kéo dài thời gian phản ứng trong mỗi mẻ xử 
lý, do đó có thể nâng cao hiệu quả xử lý, đồng thời cũng cho 
phép đơn giản hóa quy trình vận hành thiết bị.
Quy trình và chế độ thí nghiệm
Quy trình thí nghiệm:
Chu trình vận hành của các hệ thiết bị thí nghiệm như 
hình 2, bao gồm ba giai đoạn tuần tự nối tiếp nhau: Cấp và 
tháo nước đồng thời, phản ứng, và lắng. 
1 
Các hệ thiết bị thí nghiệm 
trình vận hành thiết bị. 
Quy trình và chế độ thí nghiệm
Quy trình thí nghiệm: 
Chu trình vận hành của các hệ thiết bị thí nghiệm như hình 2, bao gồm ba giai đoạn tuần tự 
nối tiếp nhau: Cấp và tháo nước đồng thời, phản ứng, và lắng. 
Hình 2. Chu trình làm việc của thiết bị thí nghiệm. 
Lắng 
(mẻ trước) 
Cấp và tháo 
nước đồng thời 
Phản ứng 
(sục khí) 
Lắng 
Cấp, tháo nước đồng 
thời (mẻ tiếp theo) 
Một mẻ xử lý (180 phút) 
N
ư
ớ
c
 t
h
ả
i 
4 
2 
8 
5 
7 
1 
6 
K
h
ô
n
g
 k
h
í Nước sau xử lý, 
vị trí lấy mẫu 
3 
10 
I II 
9 
ình 2. Chu trình làm việc của thiết bị thí nghiệm.
Chế độ hoạt động của các hệ thiết bị thí nghiệm được 
trình bày trong bảng 2. Tổng thời gian của mỗi mẻ xử lý 
là 180 phút, trong đó giai đoạn cấp và tháo nước đồng thời 
được thực hiện trong 10 phút, giai đoạn phản ứng kéo dài 
145 phút và thời gian lắng là 25 phút. 
Ở thiết bị thí nghiệm thứ nhất (R1), trong suốt giai đoạn 
phản ứng, tương tự như các hệ SBR thông thường, quá trình 
sục khí được tiến hành ở lưu lượng không khí không đổi 
(2,0 l/phút). 
Ở thiết bị thí nghiệm thứ hai (R2), trong chu kỳ phản 
ứng, quá trình sục khí được thực hiện với hai giai đoạn có 
lưu lượng không khí khác nhau. Ở giai đoạn 55 phút ban 
đầu, lưu lượng không khí được duy trì ở mức thấp (0,5 l/
phút) nhằm duy trì mức DO (oxy hòa tan) thấp (< 0,5 mg/l) 
để thực hiện đồng thời các quá trình nitrit/nitrat hóa và khử 
nitrit/nitrat ở cả hai ngăn của thiết bị; ở giai đoạn 90 phút 
tiếp theo, lưu lượng không khí được tăng lên mức 2,0 l/phút 
nhằm tăng DO trong thiết bị để oxy hóa triệt để chất hữu cơ 
và amoni còn lại. 
Bảng 2. Chế độ hoạt động của các thiết bị.
Thiết bị
Thời gian cấp và 
tháo nước đồng thời, 
phút
Thời gian phản ứng, phút Thời gian 
lắng,
phútSục khí 0,4 l/phút Sục khí 2,0 l/phút
R1
10
0 145
25
R2 55 90
Chế độ thí nghiệm:
Các cột SBR được khởi động với nguồn bùn hoạt tính 
được lấy từ một hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt theo 
công nghệ lọc sinh học hiếu khí - thiếu khí với nồng độ 
MLSS ban đầu khoảng 5.000 mg/l. Quá trình khởi động 
được thực hiện bằng phương thức tăng dần lưu lượng nước 
thải với điều kiện tải trọng COD và T-N ban đầu tương ứng 
là 0,5 kg COD/(m3×ngày) và 0,07 kg T-N/(m3×ngày). 
Các thí nghiệm được thực hiện ở nhiệt độ phòng (28-
34oC), pH nước thải đầu vào trong khoảng 6,0-7,0 (pH trong 
thiết bị thay đổi trong khoảng 7,6-8,6) và MLSS được duy 
trì trong khoảng 6.000-6.500 mg/l. Các chế độ thí nghiệm ở 
các tải trọng hữu cơ và nitơ khác nhau như ở bảng 2.
Phương pháp phân tích
Amoni được xác định bằng phương pháp trắc phổ Phenat 
(theo Standard Methods, 1995) tại bước sóng 640 nm trên 
thiết bị UV-Vis spectrophotometer 2450 (Shimadzu - Nhật 
Bản).
Nitrat được xác định theo phương pháp trắc phổ dùng 
axit sunfosalixylic (TCVN 6180:1996 - ISO 7890-3:1988) 
tại bước sóng 410 nm trên thiết bị UV-Vis spectrophotometer 
2450 (Shimadzu - Nhật Bản).
Nitrit được xác định theo phương pháp trắc phổ với 
hệ thuốc thử Griss (theo Standard Method, 1995) tại bước 
sóng 430 nm trên thiết bị UV-Vis spectrophotometer 2450 
5122(11) 11.2017
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 
(Shimadzu - Nhật Bản).
COD, BOD, T-N và TSS được xác định theo TCVN 
6491:1999 (ISO 6060:1989), TCVN 6001-1:2008 (ISO 
5815-1:2003), TCVN 6638:2000 (ISO 10048: 1991) và 
TCVN 6625:200 (ISO 11923:1997).
Kết quả và thảo luận
Sự thay đổi DO trong chu trình xử lý
Sự thay đổi DO trong các thiết bị R1 và R2 theo chu 
trình xử lý ở các chế độ IV và V được thể hiện ở hình 3a; sự 
khác biệt DO ở các vùng sục khí và không sục khí ở chế độ 
V được thể hiện ở hình 3b. 
Hình 3. Sự thay đổi DO trong các thiết bị trong một mẻ 
xử lý.
(a) Ở các chế độ IV và V, (b) Ở các vùng có và không sục khí (chế độ V), 
(1) Giai đoạn cấp tháo nước, (2) Giai đoạn phản ứng, (3) Giai đoạn lắng.
Kết quả ở hình 3a cho thấy, với cả hai thiết bị thí nghiệm, 
trong các giai đoạn không sục khí, tức là giai đoạn cấp tháo 
nước đồng thời và giai đoạn đoạn lắng, DO giảm; còn trong 
giai đoạn sục khí, DO sẽ tăng dần với tốc độ tăng phụ thuộc 
vào chế độ tải trọng và chế độ sục khí. DO ở chế độ tải trọng 
COD và T-N thấp (chế độ IV) cao hơn DO ở chế độ tải trọng 
COD và T-N cao (chế độ V). Kết quả này là do, khi tải trọng 
COD và T-N tăng thì lượng oxy tiêu thụ cho quá trình oxy 
hóa chất hữu cơ và nitrit/nitrat hóa amoni sẽ tăng, dẫn đến 
DO giảm. Ở thiết bị R2, do quá trình sục khí trong giai đoạn 
đầu được tiến hành ở lưu lượng thấp, DO trong thời gian 
đầu của giai đoạn phản ứng luôn rất thấp (< 0,5 mg/l); sau 
đó khi tăng lưu lượng sục khí, DO trong thiết bị tăng dần, 
nhưng luôn thấp hơn rõ rệt so với thiết bị R1. DO thấp trong 
thời gian đầu của giai đoạn phản ứng sẽ thuận lợi cho quá 
trình khử nitrit/nitrat. 
Hình 3b cho thấy, có sự khác biệt rõ rệt về DO ở các 
vùng sục khí và không sục khí đối với cả hai thiết bị R1 và 
R2. DO thấp hơn trong vùng không sục khí sẽ đảm bảo cho 
quá trình khử nitrit/nitrat xảy ra thuận lợi hơn trong vùng 
này.
Hiệu quả xử lý COD
Hiệu quả xử lý COD ở các chế độ thí nghiệm khác nhau 
được trình bày ở hình 4. Kết quả nhận được cho thấy, về 
hiệu quả xử lý COD, cả hai hệ thiết bị R1 và R2 gần như 
đã đạt được trạng thái ổn định chỉ sau một tuần khởi động. 
Kết quả này là do lượng bùn hoạt tính đưa vào khởi động hệ 
thống lớn và nguồn bùn có hoạt tính cao. 
Hiệu suất xử lý COD trung bình ở tất cả các chế độ khá 
ổn định và luôn đạt trên 95%. Theo thời gian vận hành, mặc 
dù tải trọng COD cũng như tải trọng T-N được tăng dần 
nhưng hiệu suất xử lý COD của cả hai hệ thiết bị có xu 
hướng ngày càng ổn định và đạt trung bình 97% ở các chế 
độ III-V. Khả năng xử lý COD của hai hệ thiết bị là tương 
đương. COD sau xử lý ở các chế độ III-V phần lớn luôn nhỏ 
hơn 75 mg/l đối với cả hai hệ thiết bị. Kết quả này cho thấy, 
trong khoảng khảo sát, tải trọng COD hầu như chưa ảnh 
hưởng đến hiệu suất xử lý COD đối với cả hai hệ thiết bị. 
Hình 4. Hiệu quả xử lý COD ở các chế độ khác nhau.
Hiệu quả xử lý NH
4
+
Kết quả nhận được ở hình 5 cho thấy, tương tự như 
trường hợp COD, hiệu suất xử lý amoni của cả hai hệ thiết 
bị gần như đã đạt được giá trị ổn định chỉ sau khoảng một 
tuần khởi động. Các hệ thí nghiệm nhanh chóng đạt được 
trạng thái ổn định là do lượng bùn hoạt tính ban đầu sử dụng 
để khởi động là khá lớn (5.000 mg/l), đồng thời nguồn bùn 
hoạt tính được lấy từ hệ thống hiếu khí - thiếu khí nên có 
hoạt tính nitrit/nitrat hóa và khử nitrit/nitrat cao. 
Hình 5 cũng chỉ ra rằng, hiệu quả xử lý NH
4
+ của hai 
thiết bị là tương đương, trung bình đều đạt trên 99% và nồng 
độ amoni trung bình sau xử lý đều dưới 1 mg/l.
Hình 5. Hiệu quả xử lý NH4
+ ở các chế độ khác nhau.
Trong thiết bị SBR cải tiến tồn tại cả hai vùng hiếu khí 
và thiếu khí, nên xảy ra cùng lúc cả hai quá trình nitrit/nitrat 
hóa và khử nitrit/nitrat trong cùng một giai đoạn phản ứng 
5222(11) 11.2017
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ
được biểu diễn bởi các phương trình phản ứng như dưới đây. 
Các phản ứng nitrit/nitrat hóa: 
Nitrit hóa:
NH
4
+ + 1,5O
2
 → NO
2
- + 2H+ + H
2
O (1)
Nitrat hóa nitrit:
NO
2
- + 0,5O
2
 → NO
3
- (2)
Các phản ứng khử nitrit/nitrat:
Khử nitrit:
a NO
2
- + 3 C
x
H
y
O
z
 → a/2 N
2
 + 3x CO
2
 + b H
2
O + a OH- (3)
Trong đó, C
x
H
y
O
z
 là cơ chất hữu cơ, a = (4x + y – 2z),
b = (y + z – 2x).
Khử nitrat thành nitrit:
a NO
3
- + 2 C
x
H
y
O
z
 → a NO
2
- + 2x CO
2
 + y H
2
O (4)
Mặt dù DO trong thiết bị R2, trong phần lớn thời gian của 
mỗi mẻ xử lý, thấp hơn nhiều so với DO trong thiết bị R1 
(hình 3a), nhưng hiệu quả xử lý NH
4
+ vẫn cao tương đương 
thiết bị R1. Điều này được lý giải là do, mặc dù lượng không 
khí cấp cho thiết bị R2 thấp hơn nhưng vẫn đủ, tối thiểu là 
cho bước nitrit hóa theo phản ứng (1) xảy ra hoàn toàn. Mặt 
khác, ở điều kiện DO thấp, quá trình khử nitrit/nitrat theo 
các phản ứng (3) và (4) xảy ra càng dễ dàng, làm giảm lập 
tức lượng nitrit/nitrat sinh ra, điều này thúc đẩy quá trình 
nitrit hóa nhanh hơn. Nghiên cứu của D. Peng và cộng sự 
(2001) cũng đã cho thấy, hiệu suất loại amoni trong thiết bị 
SBR cũng xảy ra với hiệu suất cao ngay cả ở điều kiện DO 
thấp dưới 0,8 mg/l [10]. 
Với SBR thông thường, chế độ sục khí có ảnh hưởng rõ 
rệt đến hiệu suất xử lý amoni [4, 9]. Trong nghiên cứu này, 
hai thiết bị R1 và R2 được vận hành ở các điều kiện DO rất 
khác biệt nhau, nhưng hiệu quả xử lý amoni của cả hai thiết 
bị đều rất cao và ổn định. Kết quả này cho thấy, SBR cải tiến 
như trong nghiên cứu này ít bị ảnh hưởng bởi tốc độ sục khí 
và do đó có tính ổn định cao. 
Hiệu quả xử lý T-N
Hiệu suất xử lý T-N ở các chế độ thí nghiệm khác nhau 
được trình bày ở hình 6. Kết quả thu được cho thấy, thời 
gian khởi động để các hệ thiết bị đạt được hiệu suất xử lý 
T-N ổn định kéo dài hơn so với các trường hợp của COD và 
NH
4
+, 21 ngày đối với thiết bị R2 và khoảng 30 ngày đối với 
thiết bị R1. Sau khi ổn định, hiệu suất xử lý T-N của thiết bị 
R1 đạt khá cao, trung bình 88-92% ở các chế độ III-V. So 
với thiết bị R1, thiết bị R2 có khả năng đạt được trạng thái 
ổn định nhanh hơn, hiệu suất xử lý cao hơn và ổn định hơn. 
Hiệu suất xử lý T-N trung bình của thiết bị R2 ở các chế độ 
III và IV là 97%, còn ở chế độ V có giảm đôi chút, trung 
bình 94%. Mặc dù tốc độ xử lý T-N ở chế độ V cao hơn ở 
chế độ III và IV (0,29 so với 0,20 kg T-N/(m3×ngày)), hiệu 
suất xử lý T-N ở chế độ V có giảm đi, điều đó chứng tỏ rằng 
ở chế độ này tải trọng T-N bắt đầu ảnh hưởng đến hiệu suất 
xử lý, do đó tốc độ xử lý không còn tuyến tính với tải trọng 
cấp vào. 
Các kết quả trên cho thấy rằng, hiệu quả xử lý T-N của 
thiết bị R2 đã được nâng cao đáng kể so với thiết bị R1. 
Hiệu quả xử lý T-N của thiết bị R2 cao hơn và ổn định hơn 
thiết bị R1 là do DO trong thiết bị R2 thấp hơn, nên quá 
trình khử nitrit/nitrat (phản ứng (3) và (4)) xảy ra thuận lợi 
hơn. 
Hình 6. Hiệu quả xử lý T-N ở các chế độ tải trọng khác 
nhau.
Tổng hợp một số kết quả nghiên cứu về xử lý đồng thời 
các chất hữu cơ và nitơ được tập hợp ở bảng 3. So với thiết 
bị SBR thông thường, thiết bị SBR cải tiến trong nghiên 
cứu này cho hiệu quả xử lý COD, N-NH
4
+ và T-N đều cao. 
Bên cạnh đó, tải trọng làm việc của thiết bị với các thông số 
COD và T-N cũng khá cao, tương ứng có thể lên tới 1,6 kg 
COD/(m3×ngày) và 0,31 kg T-N/(m3×ngày). 
Bảng 3. Một số kết quả nghiên cứu xử lý đồng thời hữu cơ 
và nitơ trên thiết bị SBR.
Tác giả
Tải trọng 
(kg/(m3 x ngày)) Hiệu quả xử lý (%) Công nghệ/Loại nước 
thải nghiên cứu
COD T-N COD N-NH
4
+ T-N 
Anupam Debsarkar 
(2006) [6]
0,3 
0,01-
0,026
91-94 88-100 73-75 SBR/Nước thải pha
Tahereh Jafarzadeh 
Ghehi (2014) [8]
0,6 0,03-0,12 90-94 - 59-88 SBR/Nước thải pha
 Mustafa M. Bob 
(2015) [7]
1,6 0,072 67-87 71- 92 - SBR/Nước thải pha
Nguyễn Trọng Lực 
(2009) [11]
2,6-5,2 0,20 96 90 -
SBR kiểu khí nâng/Nước 
thải pha
Xiancai Song (2017) 
[9]
- - 96 99 92
SBR ba chu trình thiếu - 
hiếu khí, cấp nước ba lần/
nước thải pha
Nghiên cứu này 
(thiết bị R2, các chế 
độ III-V)
0,9 0,16 97 ~ 100 97
SBR cải tiến/Nước thải 
chế biến mủ cao su sau xử 
lý kỵ khí
1,2 0,21 97 ~ 100 97
1,6 0,31 97 ~ 100 94
5322(11) 11.2017
Khoa học Kỹ thuật và Công nghệ 
Kết luận
Thiết bị SBR cải tiến bao gồm cả vùng sục khí và không 
sục khí với quy trình cấp - tháo nước kết hợp có khả năng xử 
lý đồng thời các chất hữu cơ và nitơ trong nước thải chế biến 
mủ cao su sau xử lý kỵ khí với hiệu quả xử lý được nâng cao 
rõ rệt so với thiết bị SBR thông thường. 
Thiết bị SBR cải tiến với chế độ sục khí thông thường 
cho hiệu suất xử lý COD, amoni và T-N trung bình tương 
ứng 97%, xấp xỉ 100% và 88-92% ở các khoảng tải trọng 
COD, NH
4
+ và T-N khá cao, tương ứng là 0,9-1,6 kg COD/
(m3×ngày), 0,11-0,21 kg N-NH
4
+/(m3×ngày) và 0,16-0,31 
kg T-N/(m3×ngày). 
Thiết bị SBR cải tiến với chế độ sục khí đặc biệt gồm 
giai đoạn sục nhẹ ban đầu và giai đoạn sục mạnh tiếp theo 
trong giai đoạn phản ứng có hiệu quả xử lý và tính ổn định 
cao, đặc biệt hiệu suất xử lý T-N được nâng cao đáng kể. 
Trong khoảng tải trọng nghiên cứu như ở trên, hiệu suất xử 
lý COD, NH
4
+ và T-N trung bình của thiết bị này tương ứng 
là 97%, gần 100% và 94-97%.
Với thiết bị SBR cải tiến, các quá trình nitrit/nitrat hóa 
và khử nitrit/nitrat được thực hiện đồng thời chỉ trong một 
chu trình phản ứng, không cần tách riêng các giai đoạn thiếu 
khí và hiếu khí, không cần dùng thiết bị khuấy trộn nên quy 
trình vận hành được đơn giản hóa và thiết bị kiểu này có khả 
năng tiết kiệm năng lượng cao. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Nguyen Nhu Hien và Luong Thanh Thao (2012), “Situation of 
wastewater treatment of natural rubber latex processing in The Southeastern 
region, Vietnam”, Journal of Vietnamese Environment, 2(2), pp.58-64.
[2] Trần Thị Thúy Hoa (2017), “Tổng quan yên cầu phát triển bền vững đối 
với ngành cao su thế giới và Việt Nam”, Hội thảo tập huấn Giảm thiểu rủi ro 
môi trường - xã hội cho doanh nghiệp cao su trong tiểu vùng Mê Kông.
[3] Nguyễn Ngọc Bích (2011), “Báo cáo sơ kết áp dụng công nghệ hồ tảo 
trong xử lý nước thải tại một số nhà máy chế biến thuộc Tập đoàn công nghiệp 
cao su Việt Nam”, Hội nghị ứng dụng tiến bộ KHKT trong chế biến cao su và 
định hướng công tác chế biến giai đoạn 2011-2015.
[4] Phạm Thị Hải Thịnh, Phan Đỗ Hùng và Trần Thị Thu Lan (2012), “Xử lý 
đồng thời hữu cơ và nitơ trong nước thải chăn nuôi lợn bằng phương pháp 
SBR: Ảnh hưởng của chế độ vận hành và tỷ lệ giữa cacbon hữu cơ và nitơ”, Tạp 
chí Khoa học và công nghệ, 50(2B), tr.143-152.
[5] Andualem Mekonnen and Seyoum Leta (2011), “Effect of Cycle and 
Fill Period Length on the Performance of a Single Sequencing Batch Reactor in 
the Treatment of Composite Tannery Wastewater”, Nature and Science, 9(10), 
pp.1-8.
[6] Anupam Debsarkar, Somnath Mukherjee and Siddhartha Datta (2006), 
“Sequencing Batch Reactor (SBR) Treatment for Simultaneous Organic Carbon 
and Nitrogen Removal- A Laboratory Study”, Journal of Environ. Sciience & 
Eng., 78(3), pp.169-174.
[7] Mustafa M. Bob, Siti I. Azmi, Mohd H. Ab Halim, Nur S. Jamal, Aznah 
Nor-Anuar, Zaini Ujang (2015), “Sequencing Batch Reaactors Operation 
at High Temperature for Synthetic Wastewater Treatment Using Aerobic 
Granular Sludge”, International Water Technology Journal, 5(1), pp.69-76.
[8] T. Jafarzadeh Ghehi, et al. (2014), “Performance evaluation of 
enhanced SBR in simultaneous removal of nitrogen and phosphorous”, 
Journal of Environmental Health Science & Engineering. 12(1), https://doi.
org/10.1186/s40201-014-0134-2.
[9] Xiancai Song, et al. (2017), “Step-feeding SBR for nitrogen removal 
from expressway service area sewage”, AIP Conference Proceedings, http://
dx.doi.org/10.1063/1.4977293.
[10] Peng Dangcong, Nicolas Bernet, Jean-Phillipe Delgenes and Rene 
Moletta (2001), “Simultaneous Organic carbon and Nitrogen Removal in an 
SBR Controlled at Low Dissolved Oxygen Concentration”, Journal of Chemical 
Technology and Biotechnology, 76, pp.553-558.
[11] Nguyễn Trọng Lực, Nguyễn Phước Dân và Trần Tây Nam (2009), 
“Nghiên cứu tạo hạt hiếu khí khử COD và Amonia trên bề mặt phản ứng khí 
nâng từng mẻ luân phiên”, Tạp chí Phát triển khoa học và công nghệ, 12(2), 
tr.39-50.