Chất lượng nước sạch cho nhu cầu hàng ngày của các cơ sở y tế đang là vấn đề bức thiết. Nghiên cứu này tiến hành với mô hình màng MF kết hợp quá trình hấp phụ than hoạt tính (Powered activated carbon – PAC) xử lý nguồn nước thô cho các cơ sở y tế quy mô nhỏ. Nghiên cứu được thực hiện với mô hình màng vi lọc (microfiltration – MF) xử lý nguồn nước thô trong thời gian 40 ngày với hai chế độ vận hành màng lọc liên tục (CMF) và màng lọc liên tục kết hợp than hoạt tính (CMF-PAC).
Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (2), 2017 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ LOẠI BỎ CHẤT Ô NHIỄM VÀ ĐẶC TÍNH BẨN MÀNG CỦA HỆ THỐNG MF XỬ LÝ NƯỚC CẤP AN TOÀN CHO CÁC CƠ SỞ Y TẾ QUY MƠ NHỎ Đỗ Thị Bích Ngọc1,*, Trương Minh Hồng1, Bùi Xuân Thành1, Võ Thị Kim Quyên2, Đào Khánh Châu3 & Trần Thanh Đại3 Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Trường Đại học Cơng nghiệp Thực phẩm Thành phố Hồ Chí Minh Trường Đại học Cơng nghệ Đồng Nai *Tác giả liên lạc: dtbngoc.dtu@gmail.com (Ngày nhận bài: 12/7/2017; Ngày duyệt đăng: 30/9/2017) TÓM TẮT Chất lượng nước cho nhu cầu hàng ngày sở y tế vấn đề thiết Nghiên cứu tiến hành với mơ hình màng MF kết hợp q trình hấp phụ than hoạt tính (Powered activated carbon – PAC) xử lý nguồn nước thô cho sở y tế quy mô nhỏ Nghiên cứu thực với mơ hình màng vi lọc (microfiltration – MF) xử lý nguồn nước thô thời gian 40 ngày với hai chế độ vận hành màng lọc liên tục (CMF) màng lọc liên tục kết hợp than hoat tính (CMF-PAC) Mơ hình MF xuất bẩn màng hai chế độ vận hành Trong đó, tốc độ bẩn màng của trình CMF nhanh gấp lần CMF-PAC Chất lượng nước đầu mô hình MF đạt tiêu chuẩn nước uống theo QCVN01:2009/BYT tiêu chuẩn nước uống EU 1998 Nghiên cứu giới hạn tiêu chất lượng nước trình màng bản, cần tiếp tục nghiên cứu mở rộng để đáp ứng yêu cầu ngày cao chất lượng nước uống Từ khóa: Đặc tính bẩn màng, MF, xử lý nước cấp, sở y tế ASSESS REMOVAL EFFICIENCY AND MEMBRANE FOULING OF MF SAFETY WATER TREATMENT SYSTEM FOR SMALL-SCALE HEALTH FACILITIES 1,* Do Thi Bich Ngoc , Truong Minh Hong1, Bui Xuan Thanh1, Vo Thi Kim Quyen2, Dao Khanh Chau3 & Tran Thanh Dai3 University of Technology, Vietnam National University – Ho Chi Minh City Ho Chi Minh City University of Food Industry Dong Nai University of Technology *Corresponding Author: dtbngoc.dtu@gmail.com ABSTRACT The quality of clean water for daily necessities of health facilities is an urgent matter Research team operated MF membrane model with (Powered activated carbon – PAC) activated carbon adsorption process to treat raw water for small health facilities Research has been continuous with microfiltration (microfiltration – MF) membrane treatment of raw water for more than 40 days, two operating modes Continuous membrane filtration (CMF) and Continuous membrane filtration combined activated carbon (CMF-PAC) The MF model appeared membrane fouling in both operating modes In particular, membrane fouling speed of CMF is twice as fast as CMF-PAC The output water quality of the MF model met drinking water standards of QCVN01:2009/BYT and the EU 1998 Research is limited to basic water parameters and basic membrane processes Further research needs to be expanded to meet the 28 Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (2), 2017 increasing demand of quality drinking water Keywords: Membrane fouling, MF, supply water treatment, health care facilities 10 GIỚI THIỆU Việt Nam có khoảng 68 nhà máy nước cấp phục vụ cho sinh hoạt cho cơng nghiệp khu vực thị 70% nguồn nước cấp sử dụng nước mặt, lại 30% sử dụng nước ngầm (StoxPlus Corporation, 2014) Sông Sài Gịn Đồng Nai đóng vai trị quan trọng hệ thống nước cấp cho thành phố nằm lưu vực Tuy nhiên, sơng Sài Gịn bị nhiễm chất hữu với thông số BOD COD (Department of Science and Technology, 2013) vượt giới hạn tiêu chuẩn chất lượng mặt dùng cho cấp nước (cột A2 QCVN 08:2015/BTNMT (Ministry of Natural Resources and Environmet, 2015)) Trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh, trạng xử lý sử dụng nước sở y tế khác tùy theo điều kiện kinh tế cách quản lý sở y tế Tuy nhiên, đến chưa có đánh giá thức hiệu xử lý hệ thống xử lý hữu chất lượng nước sử dụng cho mục đích ăn uống sở y tế Do đó, nghiên cứu thực nhằm góp phần đưa giải pháp cơng nghệ phù hợp xử lý nước cấp an toàn ứng dụng công nghệ màng MF cho sở y tế quy mô nhỏ NH4+-N NO3 N NO2 N SO42Tổng sắt COD mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L mg/L 3.3 ± 0.1 < 0.03 ~0 4.7 ± 1.7 0.15 ± 0.05 ± 3.4 Thí nghiệm mẻ xác định hàm lượng PAC tối ưu Quá trình vận hành hệ thống màng MF chia thành giai đoạn liên tục: giai đoạn xử lý màng (CMF – continuous microfiltration) giai đoạn xử lý màng kết hợp trình hấp phụ than hoạt tính CMF-PAC (powder activated carbon combined continuous microfiltration) Để xác định nồng độ PAC cho trình màng kết hợp q trình hấp hấp phụ, thí nghiệm mẻ tiến hành Với nồng độ PAC 50 mg/l, 100 mg/l 150 mg/l tiến hành thời gian tiếp xúc 15 phút, 30 phút, 60 phút, 90 phút 120 phút Đánh giá hiệu xử lý màng CMF Tiếp theo, hàm lượng PAC xác định từ thí nghiệm mẻ áp dụng vào q trình vận hành nghiên cứu mơ hình màng MF vận hành liên tục (CMF) kết hợp trình hấp phụ PAC Trong đó, giai đoạn xử lý màng CMF tiến hành khoảng 20 ngày giai đoạn xử lý màng kết hợp trình hấp phụ than hoạt tính (CMF-PAC) tiến hành khoảng 20 ngày Đánh giá tốc độ bẩn màng hệ thống MF Màng MF sử dụng để xử lý nước uống từ nguồn nước mặt tự nhiên thường xảy tượng bẩn màng hai nguyên nhân bẩn màng hạt keo (colloidal material) chất hữu tự nhiên (NOM) Đánh giá tốc độ bẩn màng theo thời gian vận hành dựa vào thay đổi áp suất vận hành trì thơng lượng 15 l/m2.h VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP Mơ hình màng MF sử dụng nguồn nước thơ nước mặt sơng Sài Gịn trạm bơm Hịa phú để tiến hành phương pháp phân tích đánh giá hiệu mơ hình Bảng Đặc tính nguồn nước sử dụng cho nghiên cứu TT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị pH 7.1 ± 0.2 Độ màu Pt-Co 23.5 ± 2.5 Độ đục NTU 10 ± mgCaCO 104 ± Độ cứng 3/l 29 Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (2), 2017 Dựa vào thông số thời gian, thông lượng, áp suất chuyển màng để tính xu hướng bẩn màng theo thời gian Khi áp suất đạt giá trị 60 đến 70 kPa tiến hành rửa màng Nghiên cứu tiến hành tiêu như: độ cứng, nồng độ nitrate, nồng độ nitrite, nồng độ ammonia, nồng độ sulfate Hình Sơ đồ bố trí thiết bị mơ hình xử lý nước ứng dụng trình màng CMF vị trí lấy mẫu nước Do độ đục khơng phải vấn đề lớn màng MF, nên đánh giá hiệu thí nghiệm mẻ xác định dựa độ màu COD Trong đó, hàm lượng PAC 100 mg/l tối ưu cho mục đích loại bỏ độ màu với hiệu suất từ 24-32%, hiệu suất loại bỏ COD trung bình từ 12-22% Như vậy, dựa kết thí nghiệm mẻ q trình hấp phụ PAC, lựa chọn nồng độ PAC 100 mg/l cho trình vận hành liên tục mơ hình màng MF kết hợp hấp phụ PAC (CMF-PAC) Đánh giá hiệu xử lý màng CMF Độ màu Nước đầu vào có độ màu từ 21 – 26 Pt-Co, sau xử lý qua q trình CMF giảm xuống cịn – Pt-Co qua q trình CMF-PAC giảm xuống cịn – Pt-Co Như vậy, q trình CMF-PAC có thêm PAC mang lại hiệu khử màu cao xảy trình hấp phụ PAC, giảm độ màu nước sau xử lý xuống Pt-Co, nhiên để đạt hiệu xử lý trình CMF-PAC cần vận hành đến ngày thứ 25, hàm lượng PAC tích lũy lớn Trong nghiên cứu này, màng MF có khả loại bỏ độ màu, trình màng CMF-PAC có kết hợp q trình hấp phụ KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết thí nghiệm mẻ xác định hàm lượng PAC tối ưu Tiến hành phân tích tiêu độ màu, độ đục COD cho thấy khoảng pH từ 7.5 – 7.7 mẫu nước sau tiếp xúc với PAC có độ màu nằm khoảng 18 – 24 Pt-Co, mẫu nước sử dụng PAC 100 mg/l có độ màu thấp Tuy nhiên, COD mẫu nước sau thí nghiệm nằm khoảng – 11 mg/l với hiệu cao mẫu nước sử dụng PAC 150 mg/l Do hàm lượng PAC sử dụng cao mang lại hiệu hấp phụ chất hữu tốt phân tán phần tử PAC ảnh hưởng đến độ màu nước Độ đục nhỏ NTU tất mẫu thí nghiệm Thời gian tiếp xúc thí nghiệm mẻ xác định khoảng từ 15 đến 120 phút, kết chưa cho thấy rõ khác biệt hiệu khoảng thời gian tiếp xúc khác nhau, nhiên theo nghiên cứu trước khoảng 10 đến 120 phút khoảng thời gian tiếp xúc thường áp dụng (Suzuki, 1998 Treguer, 2008) Thậm chí thời gian tiếp xúc 300 phút đem lại hiệu cao thử nghiệm (Khan, 2009) 30 Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (2), 2017 PAC có hiệu loại bỏ độ màu cao trình màng CMF Tổng sắt Nguồn nước đầu vào có nồng độ Sắt thấp, nằm khoảng 0.1 – 0.2 mg/L, thấp tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT quy định nồng độ Sắt tổng nước 0.3 mg/L Hiệu suất loại bỏ sắt từ 51 – 82%, hiệu tương đương hai trình CMF CMFPAC a) a) b) Hình Độ màu (a) độ màu trung bình (b) nước trước sau xử lý qua trình CMF CMF-PAC Độ đục Độ đục yếu tố thể rõ hiệu trình lọc màng Cả hai trình mang lại hiệu cao độ đục sau qua màng từ – NTU, hoàn toàn nằm giới hạn tiêu chuẩn QCVN 01:2009/BYT b) Hình Hàm lượng sắt (a) hàm lượng sắt trung bình (b) nước trước sau xử lý qua trình CMF CMF-PAC Chất hữu Hàm lượng chất hữu (được tính qua CODMn) nước thơ có nhiều biến động trình nghiên cứu, từ – 12 mg/L Hiệu xử lý tăng lên trì ổn định 58 – 68% từ ngày vận hành thứ 15 trình CMF-PAC, trình CMF qua 20 ngày vận hành chưa ổn định loại bỏ COD hiệu xử lý COD thấp từ 21 – 42% a) b) Hình Độ đục (a)và độ đục trung bình (b) nước trước sau xử lý qua trình CMF CMF-PAC 31 Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (2), 2017 a) hiệu xử lý tiêu chất lượng nước khác không thay đổi đáng kể Đánh giá tiến trình bẩn màng Hình 10 mơ tả tiến trình thay đổi áp suất chuyển màng TMP theo thời gian vận hành hệ thống màng điều kiện trì thơng lượng 15 lít/m2.ngày Áp suất chuyển màng tăng hàng ngày cho thấy tượng bẩn màng xảy hai trình CMF CMF-PAC, nhiên trình bẩn màng hệ thống CMF xảy với tốc độ lớn Sau ngày vận hành đầu tiên, áp suất vận hành hệ thống CMF tăng gấp đôi từ khoảng 9.5 kPa lên 21 kPa, hệ CMF-PAC đạt đến giá trị áp suất vận hành tương tự sau 6.5 ngày vận hành Xét trình vận hành hai hệ thống, tốc độ bẩn màng hệ thống CMF xảy nhanh gấp lần so với hệ thống CMF-PAC Nguyên nhân khác biệt tốc độ bẩn màng hai hệ thống hệ thống CMF-PAC, than hoạt tính dạng bột có kích thước hạt nhỏ, q trình lọc màng PAC hình thành lớp màng, hạt PAC nhanh chóng tích lũy màng để tạo thành lớp, giúp ngăn chặn bẩn màng (Williams, 2005) b) Hình COD (a) COD trung bình (b) nước trước sau xử lý qua trình CMF CMF-PAC Theo tiêu chuẩn nước uống QCVN 01:2009/BYT châu Âu năm 1998 COD 10 mg/L, hàm lượng COD sau qua trình CMFPAC nằm khoảng đến nhỏ mg/L đạt tiêu chuẩn chất lượng nước ăn uống Hiệu xử lý chất ô nhiễm mơ hình màng CMF Mơ hình xử lý cơng nghệ màng MF với q trình CMF CMF-PAC có hiệu cao tiêu độ đục, độ màu, Sắt tổng COD Quá trình màng CMF-PAC ln có hiệu xử lý cao so với trình màng CMF, nhiên chênh lệch hiệu khơng lớn Hình Hiệu xử lý chất nhiễm q trình màng CMF CMF-PAC Đối với chi tiêu độ màu, trình màng CMF đạt hiệu suất 83% trình màng CMF-PAC đạt hiệu suất 85% Tương tự, tiêu độ đục, sắt tổng COD, hiệu suất trình màng CMF CMF-PAC tương ứng cho tiêu chất lượng nước 93 95%, 65.5 68%, 38 48% Như vậy, ứng dụng trình màng CMF kết hợp trình hấp phụ PAC mang lại hiệu xử lý COD cao Trong đó, Hình So sánh tốc độ bẩn màng hệ thống CMF CMF-PAC Đối với màng MF TMP lên tới từ 60 đến 70 kPa nên tiến hành trình rửa màng, ước tính thời gian vận hành 16 ngày hệ thống CMF khoảng 24 ngày hệ thống CMFPAC tiến hành rửa màng 32 Chuyên san Phát triển Khoa học Công nghệ số (2), 2017 đạt tiêu chuẩn nước uống QCVN01:2009/BYT tiêu chuẩn nước uống châu Âu năm 1998 Lời cảm ơn: Nghiên cứu tiến hành khuôn khổ CARERESCIF, theo tài trợ số Tc-MTTN-201601/Truong – Care Tác giả xin cảm ơn sinh viên Chi Thịnh trợ giúp phịng thí nghiệm KẾT LUẬN Hai chế độ vận hành CMF CMF-PAC xảy tượng bẩn màng sau 40 ngày vận hành, tốc độ bẩn màng trình màng CMF nhanh gấp lần so với CMF-PAC Hiệu xử lý q trình màng CMFPAC ln cao trình màng CMF, chất lượng nước tiêu nghiên cứu TÀI LIỆU THAM KHẢO 2013 Annual sector report on Vietnam water supply (2014), StoxPlus Corporation Ha Noi, Vietnam American public health association (APHA) (2005): Standard methods for the examination of water and wastewater Washington DC Bartram, J., Brocklehurst, C., Fisher, M.B., Luyendijk, R., Hossain, R., Wardlaw, T., Gordon, B., (2014) Global monitoring of water supply and sanitation: history, methods and future challenges International journal of environmental research and public health 11(8):8137-8165 Bick, A and Oron, G., (2001) Assessing the linkage between feed water quality and reverse osmosis membrane performance Desalination 137(1):141-148 Bodzek, M., Konieczny, K., Kwiecinska, A., (2011) Application of membrane processes in drinking water treatment–state of art Desalination and Water Treatment 35(1-3):164-184 Khan (2009) Continuous and efficient removal of THMs from river water using MF membrane combined with high dose of PAC Desalination 249.713–720 National surface water quality standards 08:2015/BTNMT (2015) Ministry of Natural Resources and Environment, Ha Noi, Vietnam Report on impact of climate change on discharge water quality and saline water intrusion of Sai Gon River and suggestion of feasible adaptive measures (2013) Department of Science and technology Ho Chi Minh City, Vietnam 33 ... khác t? ?y theo điều kiện kinh tế cách quản lý sở y tế Tuy nhiên, đến chưa có đánh giá thức hiệu xử lý hệ thống xử lý hữu chất lượng nước sử dụng cho mục đích ăn uống sở y tế Do đó, nghiên cứu thực... đoạn xử lý màng CMF tiến hành khoảng 20 ng? ?y giai đoạn xử lý màng kết hợp trình hấp phụ than hoạt tính (CMF-PAC) tiến hành khoảng 20 ng? ?y Đánh giá tốc độ bẩn màng hệ thống MF Màng MF sử dụng để xử. .. ng? ?y vận hành Xét trình vận hành hai hệ thống, tốc độ bẩn màng hệ thống CMF x? ?y nhanh gấp lần so với hệ thống CMF-PAC Nguyên nhân khác biệt tốc độ bẩn màng hai hệ thống hệ thống CMF-PAC, than