NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG GIÁ THỂ DI ĐỘNG LÀM TỪ NHỰA THẢI TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHĂN NUÔI BÒ SỮA - LÊ VĂN DƯƠNG - VIỆN KH&CN MÔI TRƯỜNG - ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Nghiên cứu sử dụng giá thể di động làm từ nhựa thải trong xử lý nước thải chăn nuôi bò sữa Nước thải của trại chăn nuôi bò sữa sau khi được thu gom có thể chứa hàm lượng rất cao các chất hữu cơ, dinh dưỡng và một số thành phần ô nhiễm khác. Các chất ô nhiễm trên hoàn toàn có thể được giảm thiểu đáng kể bằng các biện pháp xử lý sinh học khác nhau. Hiện nay các biện pháp xử lý nước thải chính của các trang trại chăn nuôi bò sữa tại Việt Nam là phương pháp dùng hầm xử lý yếm khí biogas. Tuy nhiên nước thải sau biogas còn chứa các chất ô nhiễm nên cần kết hợp các phương pháp xử lý sinh học khác như bể sinh học thiếu khí, bể sục khí aerotank, bể hiếu khí giá thể di động (MBBR),… đảm bảo nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải. Mục tiêu của nghiên cứu này, lựa chọn vật liệu nhựa thải phù hợp dùng trong MBBR và nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý nước thải chăn nuôi bò sữa bằng giá thể di động hiếu khí từ nhựa thải . Đồ án đã tiến hành các nội dung nghiên cứu gồm: - Khảo sát đặc tính nước thải chăn nuôi bò đã được xử lý qua hầm biogas; - Xác định loại vật liệu nhựa phù hợp (Polyetylen, PE; Hight Density Poli Etilen, HDPE và Polyvinyl Chloride, PVC) để dùng làm giá thể di động màng vi sinh (Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR)); - So sánh hiệu quả xử lý của MBBR dùng giá thể nhựa thải so với aerotank truyền thống trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ (COD) và dinh dưỡng (Nito (N-NH4 + ), Photpho (P-PO4 3- )) trong nước thải chăn nuôi bò sữa. Kết quả: Hệ thống MBBR giá thể tự tạo được đặt sau công đoạn xử lý nước thải bằng hầm biogas nhằm tăng cường hiệu quả xử lý nito so với các phương pháp thông thường. Hàm lượng hữu cơ đầu vào trong khoảng 800 – 1500 mg COD/L với nhiệt độ được kiểm soát 32 ± 2℃ , pH = 8 - 9. Hiệu quả xử lý COD trung bình của giá thể tự tạo từ PVC, PE và HDPE lần lượt là 72%; 71%; 76%. Đối với Nito amoni (NH4 + ) lần lượt là 61%; 58%; 60% và đối với PO4 3- là 71%; 74%; 79%. So với mẫu đối chứng bể aerotank truyền thống hiệu suất xử lý COD, NH4 + , PO4 3- lần lượt là 68%; 61%; 76%. Kết quả cho thấy tiềm năng sử dụng giá thể tự tạo từ rác thải nhựa trong nâng cao hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí trong thực tế

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Giảng viên hướng dẫn: PGS TS Đoàn Thị Thái Yên

HÀ NỘI, 7/2020

Chữ ký của GVHD

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -*** -

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên: Lê Văn Dương Số hiệu sinh viên: 20150749

Viện Khoa học và Công nghệ Môi trường

Ngành: Công nghệ Môi trường

1 Đề tài

Nghiên cứu sử dụng giá thể di động làm từ nhựa thải trong xử lý nước thải chăn nuôi bò sữa

2 Điều kiện ban đầu

- Nước thải chăn nuôi bò sữa sau hầm biogas tại hộ gia đình xóm 2, thôn Thiết Trụ, xã

Bình Minh, huyện Khoái Châu, tỉnh Hưng Yên

- Nhựa tái chế sau công đoạn băm nhỏ, rửa tại làng nghề thu gom và tái chế nhựa Triều Khúc, Tân Triều, Hà Đông, Hà Nội

- Bùn hoạt tính từ hệ thống xử lý sinh học hiếu khí Aeroten tại Phòng thí nghiệm Nghiên cứu và Phát triển Công nghệ Môi trường thuộc Viện KH và CN Môi trường

3 Mục tiêu nghiên cứu

- Lựa chọn vật liệu nhựa thải phù hợp với hiệu quả cao trong loại bỏ chất ô nhiễm;

- Đánh giá tiềm năng sử dụng giá thể di động hiếu khí từ nhựa thải để tăng hiệu suất xử lý nước thải chăn nuôi bò

4 Nội dung thực nghiệm

- Đo đạc mức độ ô nhiễm của nước thải chăn nuôi bò sữa dựa trên các thông số ô

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án: …/…/2020 7 Ngày hoàn thành đồ án: …/…/2020

LỜI CẢM ƠN

Bách Khoa mùa cây Lộc Vừng thay lá - Ảnh: Lê Văn Dương

Bách Khoa! Có lẽ 5 năm gắn bó dưới mái trường sẽ là kỷ niệm khó quên nhất trong hành trang cuộc đời của em Tại đây có tiếng cười khi nô đùa cùng các bạn, có thoang thoảng chút buồn khi chẳng may bị điểm kém và trên hết niềm tự hào khi được là một

phần nhỏ bé của Bách Khoa

“Muốn đi nhanh hãy đi một mình, muốn đi xa hãy đi cùng nhau’’ Shark Hưng Đúng vậy! Đối với em tốt nghiệp, ra trường đúng hạn là một chuyến đi xa trong hành trang kiến thức phục vụ cho cuộc sống sau này Để được đến thành công nho nhỏ đó thì ngoài sự hướng dẫn, giúp đỡ, truyền đạt kiến thức và kinh nghiệm một cách tận tình của thầy, cô còn có sự giúp đỡ của những người bạn

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến PGS.TS Đoàn Thị Thái Yên và toàn thể các thầy cô trong Bộ môn Công nghệ Môi trường, trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Em chúc các thầy, cô luôn mạnh khoẻ, nhiệt huyết để dạy bảo, giúp đỡ các thế

hệ sinh viên tiếp theo được nên người

Cảm ơn tập thể các bạn Nguyễn Tân Lập, Phạm Văn Hoàng, Nguyễn Văn Quân Nguyễn Công Hiếu và tập thể các bạn trên phòng thí nghiệm đã giúp đỡ tôi trong những việc nhỏ nhặt nhất để hoàn thành tốt nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp này Cảm ơn tập thể lớp Môi trường K60 đã cùng bước với tôi trong những ngày tháng đẹp nhất của đời sinh viên Thanh xuân của tôi thật đẹp khi có các bạn

Tạm biệt Bách Khoa hè 2020!

Hà Nội, tháng 7 năm 2020

TÓM TẮT

Nước thải của trại chăn nuôi bò sữa sau khi được thu gom có thể chứa hàm lượng rất cao các chất hữu cơ, dinh dưỡng và một số thành phần ô nhiễm khác Các chất ô nhiễm trên hoàn toàn có thể được giảm thiểu đáng kể bằng các biện pháp xử lý sinh học khác nhau Hiện nay các biện pháp xử lý nước thải chính của các trang trại chăn nuôi bò sữa tại Việt Nam là phương pháp dùng hầm xử lý yếm khí biogas Tuy nhiên nước thải sau biogas còn chứa các chất ô nhiễm nên cần kết hợp các phương pháp xử lý sinh học khác như bể sinh học thiếu khí, bể sục khí aerotank, bể hiếu khí giá thể di động (MBBR),… đảm bảo nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải

Mục tiêu của nghiên cứu này, lựa chọn vật liệu nhựa thải phù hợp dùng trong MBBR

và nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý nước thải chăn nuôi bò sữa bằng giá thể di động hiếu khí từ nhựa thải

Đồ án đã tiến hành các nội dung nghiên cứu gồm:

- Khảo sát đặc tính nước thải chăn nuôi bò đã được xử lý qua hầm biogas;

- Xác định loại vật liệu nhựa phù hợp (Polyetylen, PE; Hight Density Poli Etilen, HDPE và Polyvinyl Chloride, PVC) để dùng làm giá thể di động màng vi sinh (Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR));

- So sánh hiệu quả xử lý của MBBR dùng giá thể nhựa thải so với aerotank truyền thống trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ (COD) và dinh dưỡng (Nito (N-NH4+), Photpho (P-PO43-)) trong nước thải chăn nuôi bò sữa

Kết quả:

Hệ thống MBBR giá thể tự tạo được đặt sau công đoạn xử lý nước thải bằng hầm biogas nhằm tăng cường hiệu quả xử lý nito so với các phương pháp thông thường Hàm lượng hữu cơ đầu vào trong khoảng 800 – 1500 mg COD/L với nhiệt độ được kiểm soát 32 ± 2℃ , pH = 8 - 9 Hiệu quả xử lý COD trung bình của giá thể tự tạo từ PVC, PE và HDPE lần lượt là 72%; 71%; 76% Đối với Nito amoni (NH4+) lần lượt là 61%; 58%; 60% và đối với PO43- là 71%; 74%; 79% So với mẫu đối chứng bể aerotank truyền thống hiệu suất xử lý COD, NH4+, PO43- lần lượt là 68%; 61%; 76% Kết quả cho thấy tiềm năng sử dụng giá thể tự tạo từ rác thải nhựa trong nâng cao hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí trong thực tế

1.1 Giới thiệu về ngành chăn nuôi và xử lý nước thải chăn nuôi bò tại Việt Nam 7

1.1.1 Ngành chăn nuôi bò sữa tại Việt Nam 7

1.1.2 Đặc điểm nước thải chăn nuôi bò sữa 7

1.2 Phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi bò 8

1.2.1 Phương pháp lý - hóa 9

1.2.2 Phương pháp sinh học 9

1.3 Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học 10

1.3.1 Công nghệ sinh học hiếu khí 11

1.3.2 Các dạng và cấu trúc của các loại vi sinh vật tham gia xử lý nước thải 12

1.3.3 Cơ chế xử lý các thành phần ô nhiễm trong nước thải 13

1.4 Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí bằng giá thể di động - Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR) 15

1.4.1 Giới thiệu phương pháp 15

1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng 16

1.4.3 Đặc điểm về giá thể trong bể phản ứng MBBR 17

1.5 Ứng dụng nhựa thải làm giá thể di động trong xử lý nước thải 18

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 23

2.1 Đối tượng nghiên cứu 23

2.2 Phương pháp nghiên cứu 24

2.2.1 Hoạt hóa bùn sinh học 25

2.2.2 Bố trí các thí nghiệm 27

2.2.2.1 Khảo sát ảnh hưởng của vật liệu chế tạo giá thể đến hiệu suất xử lý nước thải chăn nuôi 28

2.2.2.2 Ảnh hưởng tốc độ sục khí 29

2.2.2.3 Ảnh hưởng của hàm lượng bùn hoạt tính 29

2.3 Phương pháp xác định các thông số ô nhiễm 29

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 32

3.1 Ảnh hưởng của vật liệu nhựa đến hiệu suất xử lý các chất ô nhiễm 32

3.2 Ảnh hưởng của lưu lượng sục khí đến hiệu quả quá trình xử lý chất ô nhiễm 34

3.3 Ảnh hưởng của hàm lượng bùn đến hiệu quả quá trình 36

3.4 So sánh giá trị thực tiễn của việc áp dụng nhựa thải vào hệ thống aerotank hiếu khí 37

KẾT LUẬN 39

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ CÁC THUẬT NGỮ

B1 Nghiệm thức chỉ chưa dinh dưỡng và bùn hoạt tính

B2 Nghiệm thức chứa giá thể thương mại Hel-X Bio Chip 30 (HDPE)

B3 Nghiệm thức chứa giá thể tự tạo PVC từ vỏ thùng sơn 10L

B5 Nghiệm thức chứa giá thể tự tạo (PE)

B5 Nghiệm thức chứa giá thể tự tạo (HDPE) từ nắp chai nhựa màu đỏ

Nước thải thật Nước thải chăn nuôi bò sữa sau hẩm biogas

Nước thải pha Dung dịch pha sau khi thêm các chất dinh dưỡng với tỉ lệ phù hợp

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Thông số chất lượng nước thải đầu ra (sau Biogas)……… 8

Bảng 3.1 Thành phần dinh dưỡng nuôi bùn……….……… ……… 26

DANH MỤC HÌNH VÀ ĐỒ THỊ Hình 1.1 Một số dạng vi sinh vật hiếu khí quan sát dưới kính hiển vi (f40) 12

Hình 1.2 Dây chuyền tái chế nhựa thải 21

Hình 1.3 Sản phẩm nhựa thải sau công đoạn tái chế sơ bộ (dạng mảnh nhỏ, dạng hạt) 22

Hình 2.1 Vị trí lấy mẫu 23

Hình 2.2 Hình dạng và kích thước các loại nhựa dùng làm giá thể tự tạo 24

Hình 2.3 Sơ đồ nghiên cứu 25

Hình 2.4 Mô hình hệ thống hoạt hóa và nuôi bùn tại phòng thí nghiệm 26

Hình 2.5 Mô hình hệ thống MBBR theo mẻ 27

Hình 2.6 Bố trí hệ thống nghiệm thức 28

Hình 4.1 Biễu diễn hiệu suất loại bỏ COD sau 8h của các nghiệm thức 32

Hình 4.2 Chênh lệch nồng độ giữa các nghiệm thức chứa và không chứa giá thể 33

Hình 4.3 Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm N-NH4+ và P-PO43- 34

Hình 4.4 Hiệu quả xử lý ô nhiễm ở các lưu lượng sục khí khác nhau 35

Hình 4.5 Hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ ở hàm lượng bùn khác nhau 36

Hình 4.6 Hiệu quả xử lý dinh dưỡng (N,P) ở 3000 và 5000 mgMLSS/L 37

Hình 4.7 So sánh hiệu quả xử lý chất hữu cơ giữa các loại giá thể khác nhau 38

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển kinh tế và một phần chịu ảnh hưởng của biến đổi khí hậu trong tương lai nền công nghiệp lúa nước sẽ có xu hướng giảm dần thay bên cạnh đó ngành chăn nuôi gia súc ăn có đặc biệt là bò sữa sẽ có xu hướng phát triển mạnh trong tương lai Mặt khác sự phát triển kinh tế, công nghiệp hóa hiện đại hóa thì áp lực về vấn đề môi trường trong đó có rác thải nhựa cũng đem đến thách thức cho sự phát triển chung của quốc gia Để bắt kịp với sự phát triển đó các hạ tầng kỹ thuật nhằm đảm bảo chất lượng môi trường ngày càng quan trọng và được đầu tư

Hiện nay, việc ứng dụng vi sinh vật để xử lý nước thải giàu chất hữu cơ, dinh dưỡng rất được ưa chuộng do hiệu suất cao, giá thành rẻ và các vận hành đơn giản Vi khuẩn hiếu khí được lựa chọn để xử lý nước thải chứa hàm lượng chất hữu cơ phân hủy sinh học và các chất dinh dưỡng trong nước thải khi được sinh trưởng và phát triển trong các môi trường nhất định, khi kết hợp với giá thể bám dính thì hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm được nâng cao Điều đó mở ra một nghiên cứu mới với mục đích kết hợp vi sinh vật với giá thể đặc biệt là giá thể từ nguồn nhựa tái chế để đạt được hai mục tiêu lớn vừa nâng cao hiệu quả xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học và nâng cao vòng đời của nhựa bằng cách tái chế thành giá thể phục vụ quá trình nhằm giảm lượng nhựa thải phát

sinh

Với mục đích nghiên cứu khả năng nâng cao hiệu quả xử lý nước thải, đề tài “Nghiên

cứu sử dụng giá thể di động làm từ nhựa thải trong xử lý nước thải chăn nuôi bò sữa” đã được thực hiện và trình bày trong đồ án tốt nghiệp này

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu về ngành chăn nuôi và xử lý nước thải chăn nuôi bò tại Việt Nam

1.1.1 Ngành chăn nuôi bò sữa tại Việt Nam

Chăn nuôi đại gia súc ăn cỏ, trong đó có bò sữa đang là lợi thế rất lớn để tái cơ cấu ngành chăn nuôi Đặc biệt, biến đổi khí hậu ngày một khốc liệt theo hướng hạn hán nên tương lai không thể đủ nước để duy trì 3,8 triệu ha đất lúa và 1,5 triệu ha ngô; song lại tạo điều kiện thuận lợi để phát triển cánh đồng cỏ Đây sẽ là nguồn nguyên liệu dồi dào để chăn nuôi bò, đặc biệt là bò sữa, nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu dùng trong nước Với dự kiến trong năm 2020 nước ta có khoảng 403000 con bò sữa phục vụ cho nhu cầu cung cấp 1.2 triệu tấn sữa tươi/năm.[1]

Để phục vụ cho sự phát triển của ngành chăn nuôi bò sữa, bên cạnh sự phát triển quy mô và chất lượng đàn bò sữa thì những yếu tố phục vụ cho sự phát triển của đàn bò cũng ngày càng được chú trọng và cải tiến trong đó vấn đề xử lý nước thải của các trang trại chăn nuôi bò dần được chú trọng và quan tâm hơn

1.1.2 Đặc điểm nước thải chăn nuôi bò sữa

Hiện nay với cơ sở chăn nuôi như điều kiện tại các trại chăn nuôi trung bình mỗi con bò sữa trưởng thành mỗi ngày thải 25 - 30 kg phân, 30 - 35 lít nước tiểu và một lượng đáng kể nước rửa chuồng trại Đứng trước áp lực về môi trường đó cần có các biện pháp nhằm cải thiện dòng nước thải đầu ra của mỗi trang trại Việc áp dụng công nghệ sinh học vào quá trình xử lý nước thải đầu ra là hoàn toàn có cơ sở

Thành phần nước thải chăn nuôi bò hầu hết là các chất hữu cơ, vô cơ, vi sinh vật tồn tại ở dạng hòa tan, phân tán nhỏ hoặc có kích thước lớn Đặc trưng chủ yếu của nước thải chăn nuôi bò là: ô nhiễm hữu cơ, ô nhiễm N, P và có chứa nhiều loại vi trùng, vi khuẩn gây bênh Những chất hữu cơ chưa được gia súc đông hóa, hấp thụ sẽ bài tiết ra ngoài theo phân và nước tiểu cùng các sản phẩm trao đổi chất khác Ngoài ra, trong thành phần nước thải chăn nuôi bò sữa còn chứa thức ăn dư thừa và một lượng nhỏ sữa rơi vãi đây là nguồn ô nhiễm hữu cơ lớn Chất hữu cơ tồn tại chủ yếu 70-80% protid, acid amin, lipit, carbon hydrat và các dẫn xuất của chúng Chất vô cơ chiếm phần còn lại gồm: cát, đất, muỗi, ure, aminium, muối clorua, sulfat…

Bảng số 1.1 Thông số chất lượng nước thải đầu ra (sau Biogas)

1.2 Phương pháp xử lý nước thải chăn nuôi bò

Điểm chung của nước thải chăn nuôi bò là phát sinh từ khâu vệ sinh chuồng trại, kéo theo chất thải trong chuồng và thức ăn thừa của đàn, được đưa vào hệ thống mương, máng dẫn về bể thu gom tập trung hoặc chảy thẳng vào hệ thống xử lý

Hiện tại dây chuyền xử lý nước thải chăn nuôi bò ở Việt Nam đều sử dụng hệ thống kết hợp nhiều công nghệ trong đó các biện pháp xử lý hóa lý và các phương pháp xử lý sinh học được áp dụng phổ biến như hầm biogas, bể UASB, aerotank và hồ sinh học Việc thay thế toàn bộ dây chuyền bằng một phương pháp đơn lẻ là không khả thi do nước thải sau chăn nuôi có hàm lượng ô nhiễm hữu cơ và phú dưỡng cao Xử lý nước thải này vừa đảm bảo an toàn cho môi trường vừa có tiềm năng thu năng lượng lớn Vì vậy hiện nay hầm biogas được sử dụng phổ biến để vừa xử lý yếm khí nước thải vừa thu hồi một phần năng lượng đáp ứng cho các nhu cầu khác nhau Tuy nhiên, xử lý bằng biogas chỉ giảm một phần các chất ô nhiễm chứ chưa đảm bảo tiêu chuẩn xả thải ra môi trường Yêu cầu áp dụng các công nghệ xử lý phù hợp khác trong các công đoạn xử lý

phía sau biogas vẫn tiếp tục được đặt ra Sau đây là 1 số công nghệ có thể được sử dụng kết hợp trong dây chuyền XLNT chăn nuôi bò

1.2.1 Phương pháp lý - hóa

Song chắn rác nước thải chăn nuôi bò sẽ đi qua song chắn rác để loại bỏ những loại

rác có kích thước lớn như vải, thức ăn thừa,…tránh trường hợp làm tắc nghẽn hệ thống, giảm nguy cơ cho các hệ thống phía sau

Bể lắng diễn ra quá trình lắng, cặn, cát (ở bể lắng 1) và các bông bùn (ở bể lắng 2) sẽ

lắng xuống đáy bể và được thu gom vận chuyển đến bể chứa bùn hoặc bể chứa cát và xử lý định kỳ Còn nước thải sẽ tràn qua máng cưa đến công trình xử lý tiếp theo

Bể khử trùng tại đây nước thải được thêm các chất khử trùng như Javen vào nước để

khử trùng triệt để các vi khuẩn, vi sinh vật gây bệnh

Bể điều hòa thực hiện nhiệm vụ điều khiển nồng độ và lưu lượng nước thải, tại đây

được trang bị máy thổi khí hoặc cánh khuẩy để sục khí liên tục tránh làm sốc tải trọng của các vi sinh vật

1.2.2 Phương pháp sinh học

Bể UASB tại bể này xảy ra quá trình kỵ khí Nước thải chăn nuôi xử lý ở nhiệt độ cao

sẽ sinh ra các phản ứng thủy phân, axit hóa và tạo Methane Nước thải tiếp tục chảy qua bể Aerotank

Bể Aerotank chứa các vi sinh vật hiếu khí sẽ tiến hành xử lý các chất hữu cơ Tại đây

sẽ diễn ra quá trình tạo bông bùn Nước thải sau xử lý tràn qua bể lắng 2

Màng sinh học bám dính (MBBR) là công nghệ bùn hoạt tính áp dụng kĩ thuật vi sinh

bám dính trên lớp giá thể sinh học tự do Công nghệ này có được ưu thế của cả quá trình bùn hoạt tính và màng sinh học Nồng độ sinh khối trong MBBR dễ tăng lên bởi sự hỗ trợ của vật liệu làm giá màng hay còn gọi là giá thể sinh học Hệ thống này có thể chịu được nồng độ sinh khối cao, thời gian lắng nhanh hơn Hơn nữa, MBBR có khả năng phục hồi nhanh trong các điều kiện bị sốc tải hoặc nhiễm độc tố [2]

Hồ sinh học có nhiệm vụ phân hủy các chất hữu và vô cơ còn sót lại bằng phương

pháp tự nhiên ao hồ Hồ sinh học có cơ chế hoạt động như hồ thủy sinh Nước thải trước khi đưa ra nguồn tiếp sẽ đạt QCVN62:2016/BTNMT về nước thải chăn nuôi

Nước thải sau hầm biogas nồng độ chất ô nhiễm rất cao, đặc biệt là chất ô nhiễm hữu

cơ và các thành phần ô nhiễm từ N,P Bảng 1.1 Vì vậy lượng nước thải sau giai đoạn

này đặc biệt cần thiết phải qua hệ thống xử lý sinh học hiếu khí để nhằm loại bỏ phần lớn các chất ô nhiễm hữu cơ trước khi cho vào bể lắng và dẫn ra ao bèo Tránh hiện tượng gây ô nhiễm trong tương lai tại các công trình sau hầm biogas ảnh hưởng đến chất lượng bèo lục bình (thức ăn cho bò) qua đó ảnh hưởng đến sức khỏe và sản lượng đàn bò.

1.3 Cơ sở lý thuyết của quá trình xử lý nước thải bằng biện pháp sinh học

Các phương pháp xử lý sinh học được áp dụng trong làm sạch nước thải sinh hoạt cũng như nước thải sản xuất, nhằm loại bỏ nhiều chất hữu cơ hòa tan và các chất vô cơ như amoniac, các hợp chất chứa Nito, phốtpho, các sunfit, …

Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân hủy các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên Quá trình phân hủy các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hóa sinh hóa [3]

Người ta có thể phân loại các phương pháp xử sinh học dựa trên các cơ sở khác nhau Song nhìn chung có thể chia chúng thành hai loại chính sau:

(1) Phương pháp sinh học hiếu khí là phương pháp xử lý sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí Để đảm bảo hoạt động sống của chúng cần cung cấp oxy liên tục và duy trì nhiệt độ trong khoảng 20 đến 40 °C Các công trình sinh học hiếu khí được dùng phổ biến như bể bùn hoạt tính hiếu khí (Aerotank), bể hiếu khí theo mẻ (SBR), MBBR, hay các hồ sinh học hiếu khí, hồ tùy tiện, mương oxy hóa…

(2) Phương pháp sinh học yếm khí là phương pháp sử dụng các vi sinh vật yếm khí Ví dụ như biogas, UASB … [3]

Để thực hiện quá trình oxy hóa hóa sinh, các chất hữu cơ hòa tan, cả các chất keo và phân tán nhỏ trong nước thải cần được di chuyển vào bên trong tế bào của vi sinh vật Theo quan điểm hiện đại nhất, quá trình xử lý nước thải hay nói đúng hơn là việc thu hồi các chất bẩn từ nước thải và việc vi sinh vật hấp thụ các chất bẩn đó là một quá trình gồm ba giai đoạn:

(1) Di chuyển các chất gây ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt của tế bào vi sinh vật do khuếch tán đối lưi và phân tử;

(2) Di chuyển chất từ bề mặt ngoài tế bào qua màng bán thẩm bằng khuếch tán do sự chênh lệch nồng độ các chất ở trong và ngoài tế bào;

(3) Quá trình chuyển hóa các chất ở trong tế bào vi sinh vật với sự sản sinh năng lượng và quá trình tổng hợp các chất mới của tế bào với sự hấp thụ năng lượng

Các giai đoạn trên có quan hệ rất chặt chẽ với nhau và quá trình chuyển hóa các chất đóng vai trò chính trong quá trình xử lý nước thải

Các hợp chất hóa học trải qua nhiều phản ứng chuyển hóa khác nhau trong nguyên sinh chất của tế bào Phương trình tổng quát các phản ứng tổng hợp của quá trình oxy hóa sinh hóa ở điều khiện hiếu khí có dạng như sau:

Phản ứng (1) là phản ứng oxy hóa các chất hữu cơ để đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào, còn phản ứng (2) là phản ứng tổng hợp để xây dựng tế bào Lượng oxy tiêu tốn cho các chất của tế bào bắt đầu xảy ra bằng oxy hóa chất liệu tế bào (tự oxy hóa):

C5H7NO2+ 5O2

𝑀𝑒𝑛 𝑣𝑖 𝑠𝑖𝑛ℎ 𝑣ậ𝑡→

𝑒𝑛𝑧𝑦𝑚 5CO2+ NH3+ 2H2O + ∆H (3) NH3+ O2

𝑀𝑒𝑛 𝑣𝑖 𝑠𝑖𝑛ℎ 𝑣ậ𝑡→

1.3.1 Công nghệ sinh học hiếu khí

Quá trình xử lý sinh học hiếu khí nước thải gồm ba giai đoạn sau: - Oxy hoá các chất hữu cơ: CxHyOz + O2 → CO2 + H2O + ∆H - Tổng hợp tế bào mới: CxHyOz + NH3 + O2 →CO2 + H2O + ∆H - Phân huỷ nội bào: C5H7NO2 + 5O2 → 5CO2 + 5H2O + NH3 + ∆H

Các quá trình xử lý sinh học bằng phương pháp hiếu khí có thể xảy ra ở điều kiện tự nhiên hoặc nhân tạo Trong các công trình xử lý nhân tạo, người ta tạo điều hiện tối ưu cho quá trình oxy hoá sinh hoá nên quá trình xử lý có tốc độ và hiệu suất cao hơn rất nhiều Tuỳ theo trạng thái tồn tại của vi sinh vật, quá trình xử lý sinh học hiếu khí nhân tạo có thể chia thành:

• Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng lơ lửng chủ yếu được sử dụng khử chất hữu cơ chứa carbon như quá trình bùn hoạt tính, hồ làm thoáng, bể phản ứng hoạt động gián đoạn, quá trình lên men phân huỷ hiếu khí Trong số những quá trình này, quá trình bùn hoạt tính hiếu khí (aerotank) là quá trình phổ biến nhất

• Xử lý sinh học hiếu khí với vi sinh vật sinh trưởng dạng dính bám như quá trình bùn hoạt tính dính bám, bể lọc nhỏ giọt, bể lọc cao tải, đĩa sinh học, bể phản ứng nitrate hoá với màng cố định, bể sinh học màng di động hiếu khí

1.3.2 Các dạng và cấu trúc của các loại vi sinh vật tham gia xử lý nước thải

Bùn hoạt tính và màng sinh vật là tập hợp các loại vi sinh vật khác nhau Bùn hoạt tính có dạng bông màu vàng nâu dễ lắng, có kích thước từ 3 đến 5 µm Những bông này gồm các vi sinh vật sống và chất rắn (40%) Những sinh vật sống là vi sinh vật (vi

khuẩn), động vật bậc thấp, dòi, giun, nấm men, nấp mốc, xạ khuẩn… Hình 2.1

Hình 1.1 Một số dạng vi sinh vật hiếu khí quan sát dưới kính hiển vi (f40)

Màng ví sinh vật phát triển ở bề mặt các hạt vật liệu lọc có dạng nhầy, dày từ 1 đến 3 mm và hơn nữa Màu của nó thay đổi theo thành phần nước thải, từ vàng xám đến màu nâu tối Màng sinh học cũng gồm vi khuẩn, nấm mốc và các vi sinh vật khác Trong quá trình xử lý, nước thải sau khi qua bể lọc sinh học có mang theo các hạt (phần tử) của

màng sinh học hình dạng khác nhau, kích thước từ 5 đến 30 µm, với màu vàng sáng và nâu

Những loài vi khuẩn tham gia vào quá trình xử lý thường là các loại trực khuẩn không tạo nha bào gan âm Sự có mặt của các loại vi khuẩn dị dưỡng, với nhiều kiểu trao đổi chất sẽ làm cho bùn hoạt tính nhanh chóng thích nghi với nhiều loại nước thải khác nhau Ngoài ra, chúng còn có khả năng sử dụng nito hữu cơ, nhiều loại còn có khả năng khử nitrat [3]

1.3.3 Cơ chế xử lý các thành phần ô nhiễm trong nước thải

1.3.3.1 Cơ chế loại bỏ cacbon trong nước thải

Các hợp chất hữu cơ trong nước thải được vi sinh vật sử dụng như là nguồn thức ăn cho chúng Vinh sinh vật khai thác và sử dụng năng lượng từ các chất hữu cơ thông qua quá trình đồng hóa và dị hóa Sản phẩm của quá trình là năng lượng cung cấp cho vi sinh vật, sinh ra khí CO2… và tăng hàm lượng sinh khối Quá trình oxy hóa chất hữu cơ được biểu diễn qua phương trình sau [4]:

𝐶ℎấ𝑡 ℎữ𝑢 𝑐ơ (𝐶𝑂𝐻𝑁𝑆) + 𝑂2 + 𝑑𝑖𝑛ℎ 𝑑ưỡ𝑛𝑔 → 𝐶𝑂2 + 𝑁𝐻3 + 𝑡ế 𝑏à𝑜 𝑚ớ𝑖 + 𝑠ả𝑛 𝑝ℎẩ𝑚 𝑐𝑢ố𝑖

Trong điều kiện thiếu khí chất hữu cơ được sử dụng là nguồn cacbon cung cấp cho vi sinh vật trong quá trình phản nitrat hóa Quá trình phản nitrat hóa với nguồn cơ chất lấy từ dòng vào:

𝐶10𝐻19𝑂3𝑁 + 10𝑁𝑂3− → 5𝑁2 + 10𝐶𝑂2 + 3𝐻2𝑂 + 𝑁𝐻3 + 10𝑂𝐻−[4]

1.3.3.2 Cơ chế loại bỏ Nitơ, Photpho trong nước thải

Nito trong nước thải tồn tại dưới nhiều dạng khác nhau: Nito hữu cơ, NH4+-N, N… Xử lý các dạng nito trong nước thải phụ thuộc vào điều kiện vận hành của hệ thống xử lý sinh học, đặc biệt hàm lượng DO hòa tan trong hệ thống ảnh hưởng trực tiếp tới việc loại bỏ nito Trong điều kiện hiếu khí, Oxy cấp đủ cho vi sinh vật hiếu khí hoạt động, nito được tiêu thụ thông qua quá trình tổng hợp axit amin; protein; tế bào và chuyển hóa năng lượng NH4+ bị oxy hóa thành dạng nitrat được biểu diễn qua phương trình sau:

NO3-𝑁𝐻4+ +32 𝑂2 nitrosomonas→ 𝑁𝑂2− + 2 𝐻+ + 𝐻2𝑂 𝑁𝑂2− +12 𝑂2 nitrobacter→ 𝑁𝑂3−

Quá trình oxy hóa amoniac phụ thuộc trực tiếp vào mật độ của chủng vi sinh Nitrifier và nồng độ oxy tan trong nước, để oxy hóa 1g ammoni cần 4,5g oxy Trong điều kiện thiếu khí, hàm lượng DO thấp Nito ở dạng Nitrat trong nước thải bị khử thành khí N2 và thoát ra khỏi hệ thống khi cơ chất là methanol:

𝑁𝑂3− +13 𝐶𝐻3𝑂𝐻 𝐷𝑒𝑛𝑖𝑡𝑟𝑖𝑓𝑦𝑖𝑛𝑔 𝑏𝑎𝑐𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎→ 𝑁𝑂2− +13 𝐶𝑂2 +23 𝐻2𝑂 𝑁𝑂2− +12 𝐶𝐻3𝑂𝐻 →12 𝑁2 ↑ +12 𝐶𝑂2 +12 𝐻2𝑂 + 𝑂𝐻−Sự chuyển hóa các dạng Nitơ bởi vi sinh vật được biểu diễn qua sơ đồ sau:

Ngoài cơ chế xử lý bằng sinh học, lượng amoni trong hệ thống có thể được loại bỏ thông qua quá trình khí NH3 thoát ra ngoài khi pH trong môi trường tăng cao do có chuyển dịch cân bằng:

𝑁𝐻4+ + 𝑂𝐻− ↔ 𝑁𝐻3 ↑ +𝐻2𝑂 Phương trình có thể viết lại dưới dạng:

𝑁𝐻4+ ↔ 𝑁𝐻3 + 𝐻+, 𝑘𝑎 = 5.6 × 10−10

Từ đấy có thể tính ra tỷ lệ NH4+/NH3 (mol/mol) phụ thuộc vào pH theo công thức tính hằng số axit :

𝑘𝑎 =[𝑁𝐻3] [𝐻+][𝑁𝐻4+]

𝑁𝐻4+ + 𝑂𝐻− ↔ 𝑁𝐻3 ↑ +𝐻2𝑂

Một số kết quả được rút ra: pH = 7.25 tỷ lệ NH4+/NH3 = 100/1, pH = 9.25 tỷ lệ NH4 +/NH3= 50/50, pH = 11.25 tỷ lệ NH4+/NH3 = 1/100

Photpho trong nước thải trong điều kiện thiếu khí và hiếu khí chủ yếu được loại bỏ thông qua quá trình hấp thụ của vi sinh vật Khi pH môi trường tăng cao kết hợp với sự có mặt của một số kim loại (Al3+ Fe2+, Ca2+) tạo muối Photphat có tính tan thấp sẽ đóng góp một phần vào việc loại bỏ Photpho trong nước thải [4]

1.4 Phương pháp xử lý sinh học hiếu khí bằng giá thể di động - Moving Bed Biofilm Reactor (MBBR)

1.4.1 Giới thiệu phương pháp

Công nghệ MBBR là viết tắt của cụm từ Moving Bed Biofilm Reactor - là công nghệ bùn hoạt tính áp dụng kĩ thuật vi sinh dính bám trên lớp giá thể sinh học tự do Trong các quá trình sinh trưởng bám dính, các vi sinh vật tạo thành một màng trên vật thể, đĩa hoặc vật liệu hỗ trợ khác, như đá, thanh hoặc vật liệu nhựa (giá thể), qua đó nước thải được xử lý Bởi vì các vi sinh vật phân hủy sinh học chất thải tạo thành một lớp màng bám trến giá thể, quá trình này được gọi là một quá trình sinh trưởng bám dính (attached growth process) [5] Công nghệ này có ưu thế của cả quá trình bùn hoạt tính và màng sinh học khi sử dụng đệm nổi chuyển động tự do để đạt được diện tích bề mặt màng sinh học mong muốn [5]So sánh với công nghệ bùn hoạt tính và đệm cố định, MBBR có ưu điểm với thiết bị bể phản ứng gọn hơn, không bị tắc nghẽn màng, không cần quá trình rửa ngược [6;9] Nồng độ sinh khối trong MBBR dễ dàng tăng lên bởi sự hỗ trợ của vật liệu làm giá thể sinh học [8; 9] Hệ thống này có thể chịu được nồng độ sinh khối cao, thời gian lắng nhanh hơn Hơn nữa, MBBR có khả năng phục hồi nhanh trong các điều kiện bị sốc tải hoặc độc tố [10; 11] Quá trình tróc màng luôn xảy ra trong quá trình MBBR, được coi liên tục có quá trình tự làm mới [12]

Điểm ưu thế của công nghệ MBBR là không cần quá trình tuần hoàn bùn tạo, có khả năng hoạt động tốt trong điều kiện lưu lượng, tải lượng ô nhiễm cao; diện tích trạm xử lý nhỏ hơn so với các công nghệ truyền thống khác; Hiệu suất xử lý cao (BOD > 90% COD > 80%); Loại bỏ được cả N và P trong nước thải [15; 16] Có khả năng tự động hóa cao; Dễ vận hành, không đòi hỏi kỹ thuật cao; Giảm chi phí bảo trì hệ thống; Có khả năng lắp đặt ở dạng thiết bị hợp khối (dạng thiết bị hay moduls) nên dễ dàng cho công tác lắp đặt cũng như di dời khi cần

Vật liệu (thường là polyetylen) được được chế tạo với diện tích bề mặt cao (250-515 m2/m3) Khối lượng riêng gần tương đương khối lượng riêng của nước (0,96 g/cm3) Các

bể phản ứng thường được lấp đầy từ một phần ba đến hai phần ba khối lượng trống của chúng với giá thể Ở van xả hệ thống có lưới chắn ngăn giá thể rời khỏi bể sục khí Sục khí thường bằng máy khuếch tán bong bóng thô [5]

1.4.2 Các yếu tố ảnh hưởng

Công nghệ MBBR được đánh giá bởi màng sinh học, cấu trúc dòng chảy, hệ thống sục khí, kiểu loại và đặc tính của giá thể và sự lấp đầy màng trong trên giá thể

a) Màng sinh học và các yếu tố ảnh hưởng

Công nghệ MBBR hiếu khí, màng sinh học thuộc loại sinh trưởng dính bám, của vi sinh vật hiếu khí Một màng sinh học màng tổ hợp chất nhày, bao gồm các vi sinh vật và các vật liệu hữu cơ và vô cơ bám trên bề mặt, thành phần chủ yếu của màng sinh học là polysaccharides ngoại bào hoặc chất polyme ngoại bào (EPS) bao quanh các tế bào và chiếm gần 90% các polyme bao phủ màng Màng sinh học được ví như ‘ngôi nhà’ của cộng đồng vi sinh vật, nó chính nơi trú ẩn và bảo vệ vi khuẩn tránh khỏi tác động tiêu cực như chất khử trùng, môi trường thay đổi, thiếu dinh dưỡng, … điều thường xảy ra trong nước thải công nghiệp Màng sinh học có những đặc tính thích nghi với môi trường bởi sự đa dạng của cộng đồng vi sinh vật, sự gắn kết của các tế bào, EPS, sự trưởng thành và phát triển cấu trúc màng sinh học

Nhiệt độ ảnh hưởng đến tỷ lệ hấp thụ chất dinh dưỡng của vi khuẩn để tăng trưởng sinh khối và độ bám dính lên bề mặt của màng sinh học Ở nhiệt độ 35°C, các tế bào vi khuẩn được nhìn thấy ở mảng đơn trong khi ở 21°C, có sự xuất hiện 2-3 lớp Do đó, nhiệt độ thấp làm tăng khả năng vi khuẩn bám vào bề mặt.

pH ảnh hưởng đến sự phát triển của màng sinh học bởi proton giữ chặt màng và extrude proton tạo ra một gradient điện hóa tại tế bào Vi sinh vật có khả năng chịu được những thay đổi nhỏ của pH, do polysaccharides phụ thuộc vào loại vi khuẩn, nhưng độ pH tối ưu cho hầu hết các vi khuẩn là pH = 7.

Ngoài nhiệt độ và pH, tốc độ dòng chảy ảnh hưởng đến sự hình thành màng sinh học, tốc độ dòng chảy cao ít có khả năng tách màng sinh học khỏi bề mặt vì độ nhớt của màng sinh học giúp chúng chống lại sự tách màng Sự tách màng sẽ tạo ra nhiều EPS hơn để ổn định cấu trúc màng sinh học và chịu được lực tác động Tuy nhiên, việc duy trì độ dày màng sinh học nhất định là rất quan trọng đối với hiệu quả của quá trình xử lý, và độ dày nhỏ hơn 100 μm thường coi là tốt nhất Nếu không duy trì độ dày màng sinh học sẽ dẫn đến sự lão hóa và tách màng sinh học, như vậy hệ thống xử lý sẽ bị hỏng [14]

(b) Hình dạng dòng chảy của bể phản ứng MBBR

Hai hình dạng dòng chảy thường được sử dụng trong hệ thống màng sinh học là dòng chảy ngược và dòng chảy xuôi [14] Tuy nhiên, phổ biến của bể phản ứng MBBR thường sử dụng dòng chảy ngược cùng với chiều cấp khí của bể Ông hoặc đĩa khuếch tán khí thường ở đáy bể phản ứng để tạo dòng chảy Ưu điểm của dòng chảy ngược là chế độ dòng chảy có khả năng nâng vật liệu đệm lơ lửng và vận hành hiệu quả hơn

c) Hệ thống cấp khí và phân tán khí

Cấp khí và phân tán khí của bể phản ứng MBBR cần đáp ứng yêu cầu phân phối đồng đều tới các điểm của màng sinh học và đảm bảo chuyển động của giá thể Hiện nay, để tránh bùn lắng trong bể MBBR hiếu khí, các thiết bị khuếch tán bọt khí cỡ nhỏ được nghiên cứu thiết kế để đạt được yêu cầu trong thời gian ngắn (vài giây) Hơn nữa, cấp khí và phân tán khí giúp duy trì độ dày màng sinh học và sự tách màng ra khỏi giá thể [14]

1.4.3 Đặc điểm về giá thể trong bể phản ứng MBBR

Giá thể cần đáp ứng các yêu cầu về tỷ trọng nhẹ hơn nước để lơ lửng; luôn chuyển động và phân tán đều trong bể phản ứng bởi các thiết bị cấp khí và phân tán khí; thể tích giá thể < 50% thể tích bể Tùy thuộc vào từng loại giá thể, khả năng màng bám khác nhau và là yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả xử lý nước thải

Các yếu tố quan trọng đánh giá giá thể là diện tích bề mặt, hình dạng, kích thước, độ xốp, trọng lượng riêng, độ thấm hút,… Hiện nay, giá thể nhiều dạng như polyethylene, polyvinyl alcohol gels, than hoạt tính dạng hạt, polymer dạng bọt, … và đều được khẳng định là phù hợp với bể phản ứng MBBR Polyethylene có khả năng loại bỏ khoảng 94,96% đối với COD, 99,07% đối với BOD và 87,32% đối với TOC Một nghiên cứu cho thấy polymer bọt biển có khả năng loại bỏ COD (97,52 ± 1,63%) và NH4+-N (95,3 ± 4,6%), và cho rằng polymer bọt biển có độ xốp cao, có khă năng cố định cộng đồng vi sinh vật lớn, do đó có khả năng tạo thành màng sinh học lớn trên giá thể [14]

Một số các nghiên cứu ứng dụng đã lựa chọn các loại đệm lọc, kết quả chỉ ra rằng, đối với mỗi loại đệm lọc, màng sinh học phát triển hầu hết ở bề mặt vật liệu Màng sinh học hình thành khoảng một đến vài tuần Thiết kế hệ thống đối với màng sinh học dính bám thành công và thực hiện quá trình xử lý là 20 - 24 ngày [18] Với mức độ lấp đầy màng khoảng 30-60%, vật liệu phổ biến là polyethylene hoặc polypropylene.[14]

Khả năng lấp đầy màng trên giá thể: Hiệu suất xử lý của MBBR tỷ lệ thuận với diện tích màng sinh học, diện tích màng có thể tăng lên bằng cách thêm giá thể Tỷ lệ lấp đầy màng trong giá thể được định nghĩa tỷ lệ diện tích bề mặt màng dính bám, được tính toán dựa trên việc đo kích thước, độ dày màng Phần làm dày màng khoảng 30 - 70% tổng thể tích của bể phản ứng Tuy nhiên, một số nghiên cứu chỉ ra rằng có những hạn chế đối với sự chuyển động của đệm khi mức độ lấp đầy ở mức 70% Một số kết quả lại chỉ ra rằng ở mức độ lấp đầy 67% cũng không hiệu quả hơn so với lấp đầy ở 30% [14]

1.5 Ứng dụng nhựa thải làm giá thể di động trong xử lý nước thải

Nhựa (“Plastic” bao gồm nhựa nhiệt dẻo - Themorplastics và nhựa nhiệt rắn - Themorsets) và vật liệu đàn hồi (“Elastomers” – điển hình như cao su, silicon…) Nhựa là một thuật ngữ chung cho một loạt các vật liệu dẻo tổng hợp hoặc bán tổng hợp được sử dụng phổ biến, ứng dụng rộng khắp trong hầu khắp các ngành công nghiệp Chúng ta có thể bắt gặp vật liệu nhựa khắp mọi nơi, chúng hiện hữu tại mọi ngóc ngách trong cuộc sống, khiến những sinh hoạt hằng ngày trở nên dễ dàng, an toàn và thú vị hơn Vật liệu nhựa cũng là hợp chất hữu cơ, giống như gỗ, giấy hoặc len Các nguyên liệu phục vụ sản xuất nhựa là những sản phẩm có nguồn gốc tự nhiên như xenlulozơ, than đá, khí thiên nhiên, muối và dĩ nhiên quan trọng nhất là dầu mỏ Trong cơ cấu nhựa nhiệt dẻo, PE (với các dẫn xuất HDPE, LDPE, LLDPE) và PP được sử dụng nhiều nhất, chiếm trên 60% tổng sản lượng nhựa nhiệt dẻo, ứng dụng chủ yếu trong sản xuất bao bì, màng bọc hay các sản phẩm gia dụng…[15]

Vật liệu nhựa và sản phẩm từ nhựa là một trong những phát minh vĩ đại trong sự tiến hóa của loài người Mức sống và thu nhập của người dân ngày càng tăng khiến cho nhu cầu sử dụng bao bì nhựa ngày càng tăng Cụ thể, theo nghiên cứu, năm 2010, khối lượng nhựa sử dụng tính trên đầu người Việt Nam chỉ đạt 33 kg/người/năm thì năm 2018, con số này ước tính lên trên 50 kg/người.năm [16]Ước tính, mỗi năm có hơn 1,8 triệu tấn rác thải nhựa được thải ra tại Việt Nam nhưng chỉ 27% trong số đó được tái chế Việt Nam cũng đang đối mặt với nguy cơ trở thành bãi tập kết rác toàn cầu với lượng rác thải nhựa tăng đến 200% trong năm qua Lượng tiêu thụ nhựa tính trên đầu người ở Việt Nam qua mỗi năm đã tăng mạnh từ 3,8 kg lên mức 41,3 kg/người trong giai đoạn từ 1990 - 2018 [17]

Đứng trước thực tế trên các biện pháp tái chế rác thải nhựa dần được nghiên cứu và đưa vào thực tiễn nhằm tăng tỉ lệ rác thải nhựa được tái chế qua đó giảm lượng nhựa thải phát sinh ra môi trường hằng năm Các biện pháp được đưa ra như tăng vòng đời cho nhựa, sáng kiến thu gom, tái chế, tái sử dụng, hạn chế tác hại ra môi trường, đề xuất

các quy trình thu gom, xử lý rác thải nhựa để hạn chế nhựa bị thải ra môi trường, quay vòng tuần hoàn trở lại phục vụ cho sản xuất và đời sống Trong số các vật liệu nhựa đã qua sử dụng vẫn còn nhiều chất liệu nhựa có thể tái chế, tái sử dụng nhiều lần với tuổi

thọ vòng đời cao như Polypropylen (PP), Hight Density Poli Etilen (HDPE) và Polyetylen (PE)… đây là các sản phẩm được chú ý và quan tâm nhiều bởi giá trị sử dụng

và tiềm năng kinh tế còn cao sau khi thải bỏ Đặc trưng và công dụng của một số loại nhựa:

(1) Nhựa Polyetylen (PE),

PE là hợp chất hữu cơ đầu tiên (polymer) bao gồm các nhóm etylen CH2-CH2 liên kết với nhau bằng hydro bão hòa PE được chuẩn bị bằng monome trùng hợp etylen (C2H4)

Đặc trưng:

- Trong mờ, có bề mặt sáng, linh hoạt; - Chống thấm nước và hơi nước tốt;

- Chống thấm O2, CO2, N2 và chất béo kém;

- Chống lại nhiệt độ cao (dưới 230°C) trong một thời gian ngắn;

- Phồng và hư hỏng khi tiếp xúc với các loại dầu thơm hoặc chất tẩy rửa như alcool, acetone, H2O2 ;

- Có thể cho khí, hương thơm thấm qua, do đó PE cũng có thể hấp thụ bao bì thân mùi, và cũng có mùi có thể được hấp thụ bởi các thực phẩm chứa, gây mất giá trị cảm quan còn lại trên sản phẩm

(2) Hight Density Poli Etilen (HDPE)

Là 1 trong 8 loại thuộc dẫn xuất của PE (bao gồm VLDPE (PE tỷ trọng rất thấp), LDPE (PE tỷ trọng thấp); LLDPE (PE tỷ trọng thấp mạch thẳng); MDPE (PE tỷ trọng trung bình); HDPE (PE tỷ trọng cao); UHMWPE (PE có khối lượng phân tử cực cao); PEX hay XLPE (PE khâu mạch); HDXLPE (PE khâu mạch tỷ trọng cao)); có đầy đủ các tính chất, đặc trưng của nhựa PE Một số đặc trưng của nhựa HDPE như: khối lượng riêng HDPE có thể dao động từ 0,93 đến 0,97 g/cm3 hoặc 970 kg/m3; Mặc dù mật độ HDPE chỉ cao hơn một chút so với polyetylen mật độ thấp, HDPE ít phân nhánh, tạo ra