Ứng dụng mô hình theo mẻ luân phiên CANON (CANON-SBR) xử lý ammonium nước rỉ rác cũ

Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Trái đất và Môi trường, 3(1):46- 55
Bài nghiên cứu
Phòng Thí nghiệm Nghiên cứu về Nước
Khu vực Châu Á, Trường Đại học Bách
Khoa, Đại học Quốc gia Tp. HCM
Liên hệ
Nguyễn Phước Dân, Phòng Thí nghiệm
Nghiên cứu về Nước Khu vực Châu Á, Trường
Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Tp.
HCM
Email: npdan@hcmut.edu.com
Lịch sử
 Ngày nhận: 08-4-2019
 Ngày chấp nhận: 30-5-2019
 Ngày đăng: 30-6-2019
DOI :
https://doi.org/10.32508/stdjsee.v3i1.477
Bản quyền
© ĐHQG Tp.HCM. Đây là bài báo công bố
mở được phát hành theo các điều khoản của
the Creative Commons Attribution 4.0
International license.
Ứng dụngmô hình theomẻ luân phiên CANON (CANON-SBR) xử lý
ammonium nước rỉ rác cũ
Lê Thanh Sơn, Nguyễn Phước Dân*, Phan Thế Nhật, Lê Thị Minh Tâm, Trương Trần Nguyễn Sang,
Lê Quang Đỗ Thành
TÓM TẮT
CANON (Completely Autotrophic Nitrogen-removal Over Nitrite) là quá trình sinh học kết hợp quá
trình nitrit hóa và Anammox trong một bể phản ứng để khử ammonium. Nghiên cứu này sử dụng
mô hình luân phiên theo mẻ (SBR) xử lý ammonium nước rỉ từ bãi chôn lấp rác sinh hoạt cũ. Thí
nghiệm được tiến hành hai giai đoạn: (i) giai đoạn thích nghi sử dụng nước thải nhân tạo có nồng
độ là 139 9 mg/l, và (ii) ở giai đoạn vận hành, mô hình sử dụng nước rỉ lấy từ bãi chôn lấp Gò Cát
đã đóng bãi từ năm 2007. Trong giai đoạn thích nghi, mô hình được vận hành ở tải trọng nitơ 0,2
kgN/m3 .ngày, thời gian lưu nước là 0,6 ngày, pH từ 7,4 – 7,6 và DO được duy trì trong khoảng 0,1 –
0,2 mg/l. Sau 15 ngày vận hành, hiệu quả xử lý tổng nitơ trung bình đạt 72%. Sau đó, nước rỉ rác
cũ có nồng độ 3.000 mgNH4+-N/l và 100 mgTSS/l được châm vàomô hình CANON-SBR. DO và pH
là hai thông số vận hành quan trọng để kiểm soát hiệu quả quá trình CANON. Với DO trong dãy
0,05 – 0,2 mg/l và pH từ 7,5 – 7,6, mô hình hoạt động ổn định với nước rỉ rác cũ, đạt hiệu suất xử lý
tổng nitơ trên 93% và trên 40% với COD ở tải trọng NH4+-N là 0,4 kgN/m3 .ngày, tương ứng với thời
gian lưu 7,43 ngày. Tổng nitơ trung bình cho mẻ cuối là 34 mg/l đạt cột B1 QCVN 25:2009/BTNMT
(TN< 60 mg/l), trong đó thành phần nitrit và nitrat không phát hiện. Điều đó cho thấy có sự hiện
diện của vi khuẩn khử nitrat trong sinh khối, đã khử nitrat sinh ra từ quá trình Anammox. Bùn hạt
Anammox có màu đỏ sậm đã phát triển sau 20 ngày vận hành. Kích thước hạt Anammox trong
khoảng 5 – 800 μm, trong đó 73% số hạt ở kích thước 20 – 200 μm. Kích thước trung bình hạt bùn
là 97,57 μm.
Từ khoá: nước rỉ rác cũ, Anammox, quá trình CANON, ammonium, nitrit hóa bán phần.
ĐẶT VẤNĐỀ
Nước rỉ rác là sản phẩm của quá trình phân hủy chất
thải bởi quá trình lý, hóa và sinh học diễn ra trong bãi
chôn lấp, chúng bao gồm chất lỏng đi vào bãi chôn
lấp từ các nguồn bên ngoài như nước mặt, nước mưa,
nước ngầm và chất lỏng tạo thành trong quá trình
phân hủy các chất thải. Vì vậy, nước rỉ chứa hàm
lượng cao các hợp chất hữu cơ, nitơ, photpho, muối
khoáng và các kim loại như Ca, Mg, Fe, v.vNước rỉ
từ bãi chôn lấp củ sau khi ngưng hoạt động vài năm có
hàm lượng COD không phân hủy sinh học (nbCOD)
và tổng nitơ (TN) cao. Ammonia là thành phần chủ
yếu của TN do quá trình phân hủy hoàn toàn chất
hữu cơ. Biếc và cộng sự (2013), Ganigue và cộng sự
(2009) cho thấy hàm lượng ammonia trong nước rỉ
của bãi chôn lấp cũ có thể lên đến 3800 mg/l, cao
hơn nhiều so với quy chuẩn xả thải cột B1, QCVN
25:2009/BTNMT (60 mg/l), vì vậy việc xử lý nitơ là
cần thiết 1–3.
Cho đến nay, các công nghệ xử lý nitơ cho nước rỉ rác
thường được áp dụng ở Việt Nam và trên thế giới bao
gồm: phương pháp tách khí (air striping) và xử lý sinh
học bùn hoạt tính hoặc bùn bám dính nitrat hóa kết
hợp khử nitrat.
Phương pháp tách khíNH3 đòi hỏi tạomôi trường pH
cao (>10) và pha khí ô nhiễm phải được xử lý bằng
H2SO4 hoặc HCl. Nhược điểm khác của phương
pháp này là hiện tượng kết tủa vôi và sắt do điều chỉnh
pH cao, gây lắng cặn và đóng cáu cặn trong đường ống
và mau hỏng thiết bị, đồng thời vấn đề sủi bọt đòi hỏi
sử dụng tháp tách khí có kích thước lớn 4. Mặt khác,
nước rỉ rác cũ có độ kiềm cao tạo hệ thống tính đệm
mạnh, sự thay đổi pH trước và sau tách khí sẽ tiêu tốn
một hàm lượng kiềm và axit lớn4.
Theo Khin và Annachhatre (2004), có một số vấn đề
xảy ra khi quá trình nitrat hóa/khử nitrat hóa thông
thường được sử dụng để xử lý nước rỉ rác có nồng
độ ammonia cao và hàm lượng chất hữu cơ dễ phân
hủy sinh thấp (tỉ lệ C/N thấp) như: hiệu quả loại bỏ
tổng nitơ thấp, chi phí vận hành cao vì tiêu tốn năng
lượng sục khí cho quá trình nitrat hóa và cần một
nguồn cacbon bên ngoài (như methanol, acid acetic)
cho quá trình khử nitrat, và quá trình vận hành không
ổn định5.
Trích dẫn bài báo này: Sơn L T, Dân N P, Nhật P T, Minh Tâm L T, Nguyễn Sang T T, Đỗ Thành L Q. Ứng
dụng mô hình theo mẻ luân phiên CANON (CANON-SBR) xử lý ammonium nước rỉ rác cũ. Sci. Tech.
Dev. J. - Sci. Earth Environ.; 3(1):46-55.
46
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Trái đất và Môi trường, 3(1):46- 55
Quá trìnhAnammox (Anaerobic AmmoniumOxida-
tion) được công nhận qua nghiên cứu của Strous và
cộng sự (1998)6. Trong quá trình này, ammonium
kết hợp với nitrit và xem nitrit như là chất nhận điện
tử với tỉ lệ tương ứng là 1,0:1,32 để tạo thành khí nitơ.
89% nitơ (NH4+ -N vàNO2 -N) được chuyển thành
N2, 11% còn lại được sử dụng cho nhu cầu tổng hợp
tế bào mới. Phương trình sau thể hiện phản ứng tổng
hợp tạo khí N2 và tế bào mới6. Ưu điểm đáng quan
tâm nhất của công nghệ Anammox so với công nghệ
nitrat hóa-khử nitrat truyền thống đó là không cần
bổ sung nguồn cacbon hữu cơ từ bên ngoài và nhu
cầu oxy cho quá trình nitrat hóa bán phần thấp7,8.
Do vi khuẩn Anammox có tốc độ sinh trưởng thấp,
khoảng 0,11gVSS/gNH4+ -N, nên thời gian lưu bùn
ở các bể phản ứng sử dụng quá trình này phải dài để
duy trì nồng độ sinh khối cao trong hệ thống, đặc biệt
là trong giai đoạn làm giàu sinh khối7,9.
Các quá trình nitrit hóa bán phần (AOB) và Anam-
mox kết hợp trong một bậc bùn đã được nghiên cứu
rộng rãi để xử lý nước thải giàu nitơ. Các quá trình
này có thể kể đến như quá trình SNAP, kết hợp ni-
trat hóa bán phần và Anammox có giá thể trong
một bể phản ứng, quá trình SNAD, kết hợp nitrat
hóa, Anammox bán phần và khử nitrat (SNAD); quá
trình CANON, khử nitơ tự dưỡng thông qua nitrit;
quá trình OLAND, nitrit hóa-khử nitrit tự dưỡng
có giá thể sinh học trong điều kiện giới hạn oxy
(OLAND) 10–14. Trong quá trình CANON, hai nhóm
vi khuẩn tự dưỡng là vi khuẩn oxy hóa ammonia
(AOB) và Anammox ở dạng bông bùn và hạt phát
triển trong cùng một bể phản ứng15,16.
Phương trình tổng hợp của toàn bộ quá trình
CANON như sau17,18:
NH4+ + 0,85O2 ! 0,445N2 + 0,11NO3 + 1,13H+
+ 1,43H2 O (1)
Quá trình CANON-SBR bao gồm bể phản ứng theo
mẻ luân phiên kết hợp sử dụng sinh khối lơ lửng
(bông bùn sinh học, bioflocs) và bám dính (màng
sinh học, biofilm) nhằm khắc phục sự rửa trôi của
các vi khuẩn sinh trưởng chậm, như AOB và Anam-
mox13,18–20. Nước thải chăn nuôi heo được xử lý
bằng CANON – SBR trong điều kiện kị khí ở quy mô
phòng thí nghiệm đã loại bỏ 75% nitơ với tải trọng
nitơ (NLR) đầu vào 0,46 kgN/ l.ngày trong điều kiện
oxy hòa tan (DO) thấp (0,2 – 0,4mg/ l)19. Tốc độ sinh
trưởng chậm và sản lượng sinh khối là những thách
thức khi ứng dụng thực tế của quá trình khử nitơ6.
Việc kiểm soát nghiêm ngặt nồng độ DO ở ngưỡng
thấp là yêu cầu quan trọng của quá trình CANON để
hạn chế sự phát triển của vi khuẩn tự dưỡng oxy hóa
nitrit (NOB) và thúc đẩy sự phát triển vi khuẩnAnam-
mox cùng sống chung trong bể phản ứng21.
Vy và cộng sự (2018) đã sử dụng bể sinh học CANON
khuấy trộn dòng chảy liên tục xử lý nitơ nước thải
chăn nuôi đã qua tiền xử lý COD bằng bể kị khí bio-
gas22. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả khử
nitơ đạt ổn định ở tải trọng 0,95 kgN/m3.ngày. Điều
kiện vận hành quan trọng để đạt hiệu quả ổn định
là sục khí gián đoạn nhằm kiểm soát hàm lượng DO
thấp (0,1 – 0,2 mg/ l) và điều chỉnh độ kiềm đạt giá
trị pH 7,6 – 7,8. Cho đến nay ở Việt Nam, chưa có
ứng dụng nghiên cứu công nghệ CANON theo mẻ
(CANON-SBR) xử lý nước rỉ cũ của bãi chôn lấp rác
sinh hoạt. Mục tiêu nghiên cứu này ứng dụng bể sinh
học CANON theo mẻ để đánh giá hiệu quả khử nitơ
cho nước rỉ cũ.
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Môhình nghiên cứu
Mô hình nghiên cứu (Hình 1) được làm bằng nhựa
mica hình trụ, có kích thước DH= 305 610mm,
chiều cao làm việc 540 mm với tổng thể tích 44,5 l và
thể tích hữu ích là 34,4 l. Nước thải được bơm vào
bể bằng bơmWP01 và hoạt động theo chế độ cài đặt
thời gian (điều khiển tự động bằng PLC). pH và DO
được kiểm soát tự động theo ngưỡng giá trị lần lượ t là
7,5 0,1 và 0,1 – 0,2 mg/ l bằng pH và DO controler.
Giá trị này được lựa chọn dựa trên nghiên cứu của Vy
và cộng sự (2018) 22 sử dụng quá trình CANON xử lý
nước thải chănnuôi. Dung dịchHCl 3%được sử dụng
để điều chỉnh pH. DO được thay đổi bằng cách điều
chỉnh tần số (biến tần) của máy thổi khí. DO được
cài đặt ở ngưỡng 0,2 mg/l ở pha thổi khí của mỗi mẻ.
Khi DO cao hơn 0,2 mg/ l, máy thổi khí tắt, DO thấp
hơn 0,1 mg/ l, máy thổi khí tự động mở. Sau pha thổi
khí, pha lắng được thực hiện trong 40 phút và sau đó
tiến hành pha rút nước bằng cách xả lớp nước phía
trên bằng van selenoid đến khi mực nước chạm đầu
que điện cực đặt phía trên lớp bùn lắng khoảng 2 – 3
cm), van tự đóng lại.
Nước thải thử nghiệm
Nước thải sử dụng trong nghiên cứu gồm nước thải
nhân tạo và nước rỉ rác cũ lấy từ bãi chôn lấp rác sinh
hoạt GòCát, đã được đóng bãi từ năm 2007, với thành
phần được trình bày trong Bảng 1.
Bùn nuôi cấy
Bùn sinh học sử dụng trong bể sinh học CANON
được lấy từ nghiên cứu “Ứng dụng quá trình OLAND
nitrit hóa bán phần – Anammox sử dụng giá thể sinh
học quay để xử lý nước thải cao su” với lượng bùn
đạt 6100  450 mg MLVSS/l14. Bùn nuôi cấy ban
đầu có các hoạt tính bao gồm: hoạ t tính AOB (0,77
47
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Trái đất và Môi trường, 3(1):46- 55
Bảng 1: Thành phần và tính chất nước thải thử nghiệm
Chỉ tiêu Đơn vị Nước rỉ rác cũ Nước thải nhân tạo
COD mg/l 350 10
NH4+ -N mg/l 3000 150
NO2 -N mg/l 31 0
NO3 -N mg/l 15 0
TSS mg/l 100 0
pH - 8,2 – 8,7 7,5 0,1
Hình 1: Mô hình bể sinh học theomẻ CANON-SBR.
1. Thùng chứa dung dịch NaHCO3 8% 2. Bồn chứa nước thải 1000 lít
3. Bể phản ứng
4. Thùng chứa nước đầu ra
gN/gVSS.ngày), hoạt tính NOB (0,08 gN/gVSS.ngày)
và hoạt tính Anammox (0,86 gN2 -N/gVSS.ngày).
Điều kiện vận hành
Các thông số vận hành của mô hình CANON-SBR
được trình bày ở Bảng 2. Nội dung nghiên cứu gồm
giai đoạn thích nghi bằng nước thải nhân tạo và giai
đoạn vận hành với nước rỉ rác cũ. Mô hình đặt tại sân
mô hình tại PhòngThí nghiệmNghiên cứuNướcKhu
vực Châu Á (CARE), Trường Đại học Bách Khoa, Đại
Học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh.
Phương pháp phân tích
Tất cả các thông số phân tích trong thí nghiệm này
được thực hiện theo StandardMethods for the Exami-
nation ofWater andWastewater23. Các phương pháp
phân tích thể hiện trong Bảng 3.
48
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Trái đất và Môi trường, 3(1):46- 55
Bảng 2: Thông số vận hành bể sinh học CANON-SBR
Thông số Đơn vị Nước thải nhân tạo Nước rỉ rác cũ
Nhiệt độ o C 25 – 32 25 – 32
DO mg/l < 0,2 < 0,2
pH – 7,5 – 7,6 7,5 – 7,6
Thể tích nước nạp l/mẻ 15 15
Thời gian lưu nước ngày 0,6 7,4
Tải trọng nitơ kgN/m3.ngày 0,2 0,4
Bảng 3: Phương pháp phân tích
Chỉ tiêu Phương pháp Thiết bị Độ chính xác
NH4+-N, mg/l Marcro – Kjeldahl Chưng cất Kjeldahl  0,01
NO2-N, mg/l Phương pháp so màu ở 4500 NO2 WWA Máy HACH DR/2010  0,01
NO3-N, mg/l Đun và so màu theo TCVN 4562 – 1988 24 Máy HACH DR/2010  0,01
Độ kiềm, CaCO3 mg/l Chuẩn độ Buret  2
MLSS, mg/l Sấy 100 – 105◦C Tủ sấy WTB Binder  10
MLVSS, mg/l Nung 550◦C Tủ nung Memmert  10
COD, mg/l Định phân, hoàn lưu kín Tủ nung CODWTB Binder  14
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Giai đoạn thích nghi
Sự biến thiên nồng độ nitơ và hiệu suất xử lý nitơ
trong giai đoạn thích nghi thể hiện ở Hình 2. Giai
đoạn thích nghi sử dụng nước thải nhân tạo, có 139
 9 mg NH4+ -N/ l, trong 15 ngày với tải trọ ng nitơ
0,2 kgN/ m3.ngày, thời gian lưu nước là 0,6 ngày và
DO trong bể sinh học được duy trì dướ i 0,2 mg/l.
Trong 4 ngày đầu (Hình 2), hiệu quả xử lý tổng nitơ
còn thấp, đạt 20 – 35%. Điều này có thể do lượng kiềm
trong nước thải nhân tạo chưa đủ, mặc dù độ kiềm
đầu ra đạt khoảng 400 mg CaCO3/l. Từ ngày 5, lượng
kiềm được châm thêm vào mô hình, độ kiềm đầu ra
đạt khoảng 850 – 1000 mg CaCO3/l, tương ứng với
pH dòng ra đạt 7,5 – 7,6 (Hình 3), hiệu quả xử lý tổng
nitơ của mô hình đạt 59 – 75%.
Nồng độ NO2 -N và NO3 -N của dòng ra lần lượ t
1,6 0,9mg/ l và 24 4,1mg/ l, trong khi nitrit và ni-
trat của nước thải nhân tạo không có. Nồng độNO2
-N sinh ra bằng 2% NH4+ -N loại bỏ, nồng độ NO3
-N sinh ra bằng 24% NH4+ -N loại bỏ. Dựa theo
khối lượng sản sinh trong ngày, lượng nitrat tạo ra ổn
định, đạt khoảng 200 – 300mg/ ngày, thấp hơnmức lý
thuyết (1680 mg/ ngày) của phương trình đẳng lượng
(1). Điều này chứng tỏ trong mô hình CANON-SBR
tồn tại vi khuẩn khử nitrat (denitrifiers), là vi khuẩn
kị khí dị dưỡng, sử dụng chất hữu cơ, chất nhận điện
tử, sinh ra từ quá trình phân hủy nội bào các tế bào vi
khuẩn chết trong bùn để khử nitrat (chất cho điện tử)
thành khí nitơ. Sau 15 ngày vận hành thích nghi, hiệu
quả khử TN đạt trung bình khoảng 72%.
Vận hành nước rỉ rác cũ
Sau 15 ngày thích nghi bùn,môhình tiếp tục được vận
hành theo mẻ luân phiên với nước rỉ rác cũ khoảng
30 ngày, gồm 5 mẻ, mỗi mẻ có pha phản ứng kéo dài
khoảng 5 ngày, DO được duy trì dưới 0,2 mg/ l và
nồng độNH4+-N của nước rỉ rác cũ dòng vào là 3000
mg/l, không có NO2-N và NO3-N.
Trong 5 ngày đầu (mẻ 1) do mô hình mới thích nghi
với nước rỉ rác nênhiệu suất xử lý tổngnitơ không cao,
đạt 55% (Hình 4) với tổng nitơ 1350 mg/ l và nồng độ
NO2 - N vàNO3 -N sinh ra trongmô hình cao, đạt
109 mg NO2 -N/l và 65 mg NO3 -N/ l (Hình 5).
Từ ngày 16 (mẻ 4) khi mô hình hoạt động ổn định,
hiệu suất xử lý tổng nitơ 3 mẻ cuối đều đạt trên 92%
(hình 4) với tổng nitơ từ 30 – 240 mg/ l. Nồng độ
NO2 -N và NO3 -N giảm xuống còn 4 mg NO2
-N/ l và 11 mgNO3 -N/ l (mẻ 4) và không phát hiện
ở mẻ 5 và 6.
Hoạt động chuyển hóa nitơ trong mô hình diễn ra
mạnh mẽ ở ngày đầu tiên với tốc độ chuyển hóa nitơ
của mỗi mẻ từ 130 – 350 g/m3.ngày sau đó giảm dần
theo thời gian, đến ngày cuối tốc độ chuyển hóa nitơ
còn 44 – 80 g/m3.ngày (Hình 4).
49
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Trái đất và Môi trường, 3(1):46- 55
Hình 2: Nồng độ và hiệu suất xử lý nitơ trong giai đoạn thích nghi bùn.
Hình 3: Biến thiên độ kiềm và pH trong giai đoạn thích nghi.
Hình 4: Hiệu suất và tốc độ khử nitơ trong giai đoạn xử lý nước rỉ rác.
Hoạt tính bùn Anammox lấy từ bùn lơ lửng trong
mô hình CANON-SBR có khả năng chuyển hóa 0,24
g NH4+-N/gVSS.ngày và 0,22 gNO2 -N/gVSS.ngày.
Hoạt tính AOB có khả năng chuyển hóa 0,69 g NO2
-N/gVSS.ngày và 0,31 g NO3 -N/gVSS.ngày.
Bảng 4 cho thấy hiệu suất xử lý tổng nitơ trong nghiên
cứu này có kết quả tương đương vớiThird và cộng sự
(2001) sử dụng nước thải nhân tạo, nhưng tốc độ khử
TN lại cao hơn lại cao hơn25. Trong khi đó nếu so
sánh với nghiên cứu của Vy và cộng sự (2018) thực
hiện trên nước thải chăn nuôi qua xử lý kị khí, tốc độ
khử nitơ trung bình của nghiên cứu trên nước rỉ cũ
thấp hơn22. Điều này có thể là do nước rỉ có nhiều
thành phần khác gây ức chế tốc độ phản ứng của vi
khuẩnAOBvàAnammoxnhưhàm lượngmuối cao và
ammonia cao hơn nhiều so với nước thải chăn nuôi.
Hình 5 cho thấy hàm lượng NH4+ -N ởmẻ 5 và 6 lần
lượt là 123 mg/l và 34 mg/l, trong khi đó hàm lượng
NO2- N và NO3- N dưới ngưỡng phát hiện. Như
vậy, nồng độ TN dòng ra ở mẻ 6 đạt cột B1, QCVN
25:2009/BTNMT (BTNMT, 2019) (TN  60 mg/l),
quy chuẩn xả thải cho nước rỉ bãi chôn lấp3. Hiệu
suất xử lý của tổng nitơ ở mẻ thứ 5 và 6 lần lượt là
96% và 99% ở tải trọng 0,4 kgN/m3.ngày. Việc tăng
hiệu suất xử lý ở các mẻ cuối có thể do lượng sinh
khối Anammox và AOB phát triển nhanh trên giá thể.
Với lượng sinh khối tăng, mô hình CANON-SBR có
thể tăng tải lên cao hơn trọng 0,4 kgN/m3.ngày hoặc
giảm thời gian lưu nước dưới 7 ngày. Như nghiên cứu
của Slieker (2003) sử dụng bể CANON với nước thải
nhân tạo đạt hiệu suất 42% ở tải trọng nito lên đến 3,7
kgN/m3.ngày26. Tuy nhiên do giới hạn thời gian, thí
nghiệm này đã kết thúc ở mẻ 6.
50
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Trái đất và Môi trường, 3(1):46- 55
Hình 5: Nồng độ các thành phần nitơ trong giai đoạn xử lý nước rỉ rác.
Bảng 4: So sánh hiệu suất xử lý nitơ và tốc độ khử tổng nitơ trung bình với các nghiên cứu khác
Đầu vào Bể phản
ứng
Tải trọng
nitơ(kgN/m3 .ngày)
Hiệu suất
(%)
Tốc độ khử
TN(kgN/m3 .ngày)
Tài liệu tham
khảo
Nước rỉ rác cũ Nghiên cứu
này
0,4 93 – 99 0,39
Nước thải
nhân tạo
CANON-
SBR
0,13 92 0,12 24
Nước thải chăn
nuôi
CANON-
CSTR
3,70 88 3,26 22
Nồng độ NO3 -N dòng ra ở mẻ cuối không phát
hiện. Như vậy, lượng nitrat hình thành từ quá trình
Anammox (0,13 mgNO3 -N sinh ra từ 1 mg NH4+
-N bị loại bỏ) đã được vi khuẩn khử nitrat cùng tồn tại
trongmô hình CANON-SBR chuyển hóa nitrat thành
khí nitơ.
Hình 6 cho thấy sự thay đổi COD theo thời gian vận
hành. Hiệu suất xử lý COD (Hình 6) của mô hình
đạt từ 40 – 46% với giá trị COD đầu ra từ 180 – 210
mg/l, điều này chỉ ra có sự hiện diện của vi khuẩn khử
nitrat tiêu thụ COD và nitrat. Do nước thải cấp vào là
nước rỉ rác củ, nên thành phần COD chủ yếu là COD
khó (slowly biodegradable COD) hoặc không phânhuỷ
sinh học (non-biodegradable COD).
Kích thước hạt bùn của CANON-SBR
Trong mô hình bùn hạt Anammox có màu đỏ thẫm
hoặc nâu đỏ, hình dạng không cố định, không có một
kích thước nhất định (Hình 7). Cấu trúc hạt đặc chắc
khác với kết cấu bông bùn. Hình 8 cho thấy bùn
hạt Anammox có hình bầu dục, bề mặt gồ ghề. Kích
thước bùn hạt Anammox trong khoảng từ 5 – 800 μm,
trong đó số hạt có kích thước < 20 μm chiếm 12%, từ
20 – 200 μm chiếm khoảng 73% và hạt có kích 200 –
800 μm chiếm 15% (Hình 9). Hạt có kích thước lớn
hơn 200 μm chỉ chiếm 15 % về số lượng, đây là một tỷ
lệ khá thấp so với các hạt kích thước nhỏ hơn. Có thể
do chế độ thủy lực là khuấy trộn hoàn toàn, nên việc
tạo ra các hạt lớn khó hình thành. Kích thước trung
bình hạt bùn là 97,57 μm. Kích thước trung vị là 52,79
μm. Độ lệch chuẩn là 119,26 μm.
KẾT LUẬN
Nghiên cứu đã xác định DO từ 0,05 – 0,2 mg/l và pH
từ 7,5 – 7,6 là phù hợp cho quá trình nitrit hóa bán
phần. Hiệu suất xử lý tổng nitơ đối với nước rỉ rác cũ
loại bỏ 83% tổng nitơ và trên 40% COD được xử lý ở
thời gian phản ứng 119 giờ, tương ứng với tải trọng tải
trọng 0,4 kgN/m3.ngày. Bùn hạt Anammox đã phát
triển sau 20 ngày vận hành và hạt có kích thước 20 –
200 μm chiếm đa số.
DANHMỤC TỪ VIẾT TẮT
Anammox: Anaerobic Ammonium Oxidation (Oxy
hóa ammonium kị khí)
AOB: Ammonium Oxidation Bacteria (Vi khuẩn oxy
hóa ammonium thành nitrit)
BTNMT: Bộ Tài nguyên và Môi trường
CANON: Completely Autotrophic Nitrogen Removal
Over Nitrite (Quá trình khử nitrogen tự dưỡng hoàn
toàn dựa trên nitrit)
COD: Chemical Oxygen Demand (Nhu cầu oxy hóa
học)
CSTR: continuous stirred tank reactor (Bể phản ứng
xáo trộn dòng chảy liên tục)
DO: Dissolve Oxygen (Oxy hòa tan)
MLSS: Mixed Liquor Suspended Solids (Nồng độ chất
rắn lơ lửng hòa tan)
51
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Trái đất và Môi trường, 3(1):46- 55
Hình 6: Nồng độ và hiệu suất xử lý COD trong giai đoạn xử lý nước rỉ rác.
Hình 7: Bùn hạt Anammox quan sát bằngmắt thường.
Hình 8: Bùn hạt Anammox chụp bằngmáy SEM.
Hình 9: Đồ thị phân bố kích thước hạt đo bằngmáy đo HORIBA. Ghi chú: q%: phần trăm phân bổ hạt theo kích
thước
52
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Trái đất và Môi trường, 3(1):46- 55
MLVSS: Mixed Liquor Volatile Suspended Solid
(Nồng độ chất rắn lơ lửng bay hơi)
nbCOD: non-biodegradable Chemical Oxygen De-
mand (Nhu cầu oxy hóa học không phân hủy sinh
học)
NH4+ -N: AmmoniumNitrogen (Ammoni tính theo
nitơ)
NO2 -N: Nitrite Nitrogen (Nitrit tính theo nitơ)
NO3 -N: Nitrate Nitrogen (Nitrat tính theo nitơ)
NOB: Nitrite Oxidation Bacteria (Vi khuẩn oxy hóa
nitrit)
OLAND: Oxygen - Limited Autotrophic Nitrification
- Denitrification (Quá trình nitrit hóa, khử nitrit tự
dưỡng trong điều kiện giới hạn oxy)
SBR: Sequencing Batch Reactor (Bể phản ứng luân
phiên theo mẻ)
SNAD: Single Stage Nitrogen Removal using Anam-
mox, Partial Nitritation and Denitrification (Quá
trình loại bỏ nitơ kết hợp nitrat hóa bán phần –
Anammox và khử nitrat trong cùngmột bể phản ứng)
SNAP: Single Stage Nitrogen Removal using Anam-
mox and Partial Nitritation (Quá trình loại bỏ nitơ
kết hợp nitrat hóa bán phần – Anammox trong cùng
một bể phản ứng)
TN: Total nitrogen (Tổng nitơ)
TSS: Total Suspended Solid (Tổng chất rắn lơ lửng)
VSS: Volatile Suspended Solid (Chất rắn lơ lửng bay
hơi)
XUNGĐỘT LỢI ÍCH
Nhóm tác giả cam đoan rằng không có xung đột lợi
ích trong công bố bài báo “ Ứng dụng mô hình theo
mẻ luân phiên CANON (CANON-SBR) xử lý ammo-
nium nước rỉ rác cũ”.
ĐÓNGGÓP CỦA TÁC GIẢ
Tác giả Lê Thanh Sơn, Nguyễn Phước Dân, Trương
Trần Nguyễn Sang và Lê Quang Đỗ Thành phân tích
giải thích dữ liệu và viết bài báo.
Tác giả PhanThếNhật, LêThịMinh Tâm và LêThanh
Sơn vận hành mô hình, lấy mẫu, xử lý và phân tích
mẫu tại Phòng thí nghiệm.
LỜI CÁMƠN
Nhóm tác giả trân trọng cám ơn ĐH Quốc Gia
TP.HCM đã tài trợ kinh phí cho đề tài này thông qua
hợp đồng số B2016 – 20 – 06.
TÀI LIỆU THAMKHẢO
1. Biếc HN. Nghiên cứu quá trình nitrit hóa bán phần sử dụng
côngnghệSBRđể xử lý nước rỉ rác cũ. Luận vănThạc sĩ, Trường
ĐH Bách khoa, Đại học Quốc gia TP. HCM; 2013; 2013.
2. Ganigue R, Gabarro J, Sanchez-Melsio A, Ruscalleda M, Lopez
H, Vila X. Long-term operation of a partial pilot plant treating
leachate with extremel high ammonium concentration prior
to an Anammox process. Bioresour Technol. 2009;100:5624–
5632.
3. Quy chuẩn Kỹ thuật Quốc gia về nước thải của Bãi chôn lấp
Chất thải rắn, QCVN 25: 2009/BTNMT. Bộ Tài nguyên Môi
trường; 2009.
4. Li XZ, Zhao QL, Hao XD. Ammonium removal from land-
fill leachate by chemical precipitation Waste management.
1999;19(6):409–415.
5. Khin T, Annachhatre AP. Novel microbial nitrogen removal
processes. Biotechnology advances. 2004;22(7):519–532.
6. Strous M, Heijnen JJ, Kuenen JG, Jetten M. The sequencing
batchreactor as a powerful tool for the study of slowly grow-
ing anaerobic ammoniumoxidizingmicroorganisms. AppMi-
crobiol Biotechnol. 1998;50:589–596.
7. Jetten M, Strous M, Passchoonen KTVD, Schalk J, Dongen UV,
Graaf AAVD, et al. The anaerobic oxidation of ammonium.
FEMS Microbiol. 1999;22:421–437.
8. Dongen LV, Jetten M, Loosdrecht MV. The SHARON - Anam-
mox process for treatment of ammonium rich wastewater.
Water Science & Technology. 2001;44(1):153–160.
9. Fux C, Boehler M, Huber P, Brunner I, Siegrist H. Biological
treatment of ammonium - rich wastewater by partial nitrita-
tion and subsequent anaerobic ammoniumoxidation (Anam-
mox) in a pilot plant. J Biotechnol. 2002;99:295–306.
10. Furukawa K, Kieu PK, Tokitoh T, Fujii T. Development of single-
stage nitrogen removal using Anammox and partial nitrita-
tion (SNAP) and its treatment performances. Water Science
and Technology. 2006;53(83).
11. Chen H, Liu S, Yang F, Xue Y, Wang T. The development of
simultaneous partial nitrification, ANAMMOX and denitrifica-
tion (SNAD) process in a single reactor for nitrogen removal.
Bioresource Technology. 2009;100:1548–1554.
12. Wang CC, Lee PH, Kumar M, Huang YT, Sung S, Lin JG. Si-
multaneous partial nitrification, anaerobic ammonium oxida-
tion and denitrification (SNAD) in a full-scale landfill-leachate
treatment plant. J Hazard Mater. 2010;175:622–628.
13. Vzquez-Padn J, Corral AM, Campos JL, Mndez R, Revsbech
NP. Microbial Community Distribution and Activity Dynam-
ics Of Granular Biomass In A Canon Reactor. Water Research.
2010;44:4359–4370.
14. Liu T, Li D, Zhang J, Lv Y, Quan X. Effect of temperature on
functional bacterial abundance and community structure in
CANON process. Biochem Eng J. 2016;105:306–313.
15. Hien NN, Tuan DV, Nhat PT, Van T, Tam NV, Que N,
et al. Application of Oxygen Limited Autotrophic Nitri-
tation/Denitrication (OLAND) for anaerobic latex process-
ing wastewater treatment. International Biodeterioration &
Biodegradation; 2017. 2017;124:45–55.
16. Zhang X, Zhang N, Fu H, Chen T, Liu S, Zheng S, et al. Effect
of zinc oxide nanoparticles on nitrogen removal, microbial ac-
tivity and microbial community of CANON process in a mem-
brane bioreactor. Bioresour. 2017;243:93–99. Technol.
17. Qiao S, Tian T, Duan X, Zhou J, Cheng Y. Novel single-stage
autotrophic nitrogen removal via co immobilizing partial ni-
trifying and Anammox biomass. ChemEng J. 2013;230:19–26.
18. z Breisha G, Winter J. Bio-removal of nitrogen from wastewa-
ters - A review. Journal of American Science. 2010;6:508–528.
19. Figueroa M, Vzquez-Padn JR, Mosquera-Corral A, Campos JL,
Mndez R. Is the CANON reactor an alternative for nitrogen re-
moval from pre-treated swine slurry? Biochemical Engineer-
ing Journal. 2010;65:23–29.
20. Nielsen M, Bollmann A, Sliekers O, Jetten M, SchmidM, Strous
M, et al. Kinetics, diffusional limitation and microscale distri-
bution of chemistry and organisms in a CANON reactor. FEMS
Microbiol Ecol. 2005;51:247–256.
21. Egli K, Fanger U, Alvarez P, Siegrist H, Meer JRVD, Zehnder A.
Enrichment and characterization of an Anammox bacterium
from a rotating biological contactor treating ammonium-rich
leachate. Archives of Microbiology. 2001;175:198–207.
53
Tạp chí Phát triển Khoa học và Công nghệ – Khoa học Trái đất và Môi trường, 3(1):46- 55
22. Vy HT, Dan NP, Nhat PT, Ha LD, Van T, An HK, et al. Applica-
tion of CANON process for nitrogen removal from anaerobi-
cally pretreated husbandry wastewater. International Biode-
terioration & Biodegradation. 2019;136:15–23.
23. Apha A, WEF. StandardMethods for the Examination of Water
and Wastewater. Washington, DC, USA; 1999. In: ASSOCIA-
TION, A. P. H. (ed.).
24. Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 4562:1988 về Nước thải – Phương
pháp xác định hàm lượng nitrat.
25. Third KA, Sliekers O, Kuenen A, Jetten JG, M. The CANON Sys-
tem (Completely Autotrophic Nitrogen-removal Over Nitrite)
under Ammonium Limitation: Interaction and Competition
between Three Groups of Bacteria System. Appl Microbiol.
2001;24:588–596.
26. Sliekers AO, Derwort N, Gomez J, Strous M, Kuenen JG, Jetten
M. Completely autotrophic nitrogen removal over nitrit in one
single reactor. Water Res. 2002;36:2475–2482.
54
Science & Technology Development Journal – Science of The Earth & Environment, 3(1):46-55
Research Article
Centre Asiatique de Recherche sur L’Eau
(CARE), Ho Chi Minh City University of
Technology, VNU-HCM
Correspondence
Dan Nguyen Phuoc, Centre Asiatique de
Recherche sur L'Eau (CARE), Ho Chi
Minh City University of Technology,
VNU-HCM
Email: npdan@hcmut.edu.vn
History
 Received: 08-4-2019 
 Accepted: 30-5-2019 
 Published: 30-6-2019
DOI :
Copyright
© VNU-HCM Press. This is an open-
access article distributed under the
terms of the Creative Commons
Attribution 4.0 International license.
Application of CANON-SBR process for ammonium removal from
oldmunicipal old landfill leachate
Son Le Thanh, Dan Nguyen Phuoc*, Nhat Phan The, Tam Le Thi Minh, Sang Truong Tran 
Nguyen, Thanh Le Quang Do 
ABSTRACT
CANON (Completely Autotrophic Nitrogen-removal Over Nitrite) is the process combined Partial
Nitritation and Anammox in a single reactor to remove ammonium from wastewater. This study
used a lab-scale SBR Sequencing Bach Reactor for CANON process (CANON-SBR) to treat ammo-
nium from old municipal solid waste landfill leachate. The reactor was run at two phases: (i) In
adaptation phase, the synthetic wastewater containing 139  9 mg/l as NH4+-N was fed into the
reactor, and (ii) In operation phase, the reactor was fed with leachate taken from the Go Cat mu-
nicipal lanfill which was closed since 2007. The reactor was run at ammonium loading rate of 0.2
kgN/m3 .day and HRT of 0.6 day in the adaptation phase. pH and DO values in the reactor were
controled in the ranges of 7.4 – 7.6 and 0.1 – 0.2 mg/l, respectively. After 15 days of adaptation,
total nitrogen removal of 72% was obtained. Then, the leachate containing 3,000 mg/l NH4+-N
and 100 mg/l TSS was fed into the SBR.
DO and pH were the key operation parameters for CANON process control. CANON-SBR obtained
stable treatment efficiciency at DO ranging from 0.05-0.2 mg/l and pH values of 7.5 – 7.6. The ob-
tained TN and COD removals were above 93% and 40%, respectively, when SBRwas run at nitrogen
loading rate of 0,4 kgN/m3 .day andHRT of 7.43 day. TN concentration of the final batchwas 34mg/l
that is met with column B1 QCVN 25:2009/BTNMT (TN< 60mg/l), while nitrite and nitrate were not
detected in the supernatant. This shows that co-existence of denitrifiers which consume nitrate
produced from Anammox was available in biomass of the reactor. Numerous Anammox granules
in dark red color happened after 20 days of running with leachate. Size of Anammox granules
ranged from 5 - 800 μm, among that 73% of granule with size of 20 - 200 μm. The average granule
diameter was 97.57 μm.
Key words: old landfill leachate, Anammox, CANON process, ammonium, partial nitritation
Cite this article : Thanh S L, Do T L Q, Nguyen S T T, Minh T L T, The N P, Phuoc D N. Application of CANON-
SBR process for ammonium removal from old municipal old landfill leachate. Sci. Tech. Dev. J. - Sci. 
Earth Environ.; 3(1):46-55.
55
https://doi.org/10.32508/stdjsee.v3i1.477