Nghiên Cứu Ứng Dụng Công Nghệ Membrane Bioreactor (Mbr) Để Xử Lý Nước Thải Sinh Hoạt Tại Công Ty Tnhh Song Tinh, Vĩnh Phúc.pdf

Công nghệ Membrane bioreactor MBR, lọc sinh học - màng là công nghệ xử lý nước thải kết hợp quá trình lọc màng với quá trình phản ứng sinh học, được biết đến như một kỹ thuật hiệu quả n

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

KHOA MÔI TRƯỜNG

Trương Thị Chinh

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MEMBRANE BIOREACTOR (MBR) ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT TẠI CÔNG TY TNHH

SONG TINH, VĨNH PHÚC Chuyên ngành: Khoa học Môi trường

Mã số: 8440301.01

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC

Cán bộ hướng dẫn: TS Trần Văn Sơn

TS Hoàng Minh Trang

Hà Nội - 2023

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, em xin được gửi lời cảm ơn tới các thầy cô Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên đã giảng dạy và cung cấp cho em các kiến thức chuyên môn và các kỹ năng cần thiết và tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình học tập tại khoa

Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới TS Trần Văn Sơn – Bộ môn Công nghệ môi trường, Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo mọi điều kiện tốt nhất và tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện và hoàn thành luận văn thạc sỹ khoa học này Tiếp theo, em xin chân thành cảm ơn TS Hoàng Minh Trang - Bộ môn Công nghệ môi trường, Khoa Môi trường, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên – Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình hướng dẫn, quan tâm, góp ý và động viên em trong quá trình thực hiện đề tài

Em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các anh, chị Công ty Cổ phần Công nghệ kĩ thuật môi trường Hoa Sen đã giúp đỡ, chỉ bảo để em có thể thực hiện được luận văn

Qua đây, em cũng xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới công ty TNHH Song Tinh đã nhiệt tình hỗ trợ Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, đồng nghiệp và bạn bè đã khuyến khích và hỗ trợ em trong quá trình học tập và hoàn thiện luận văn của mình

Trong quá trình hoàn thành luận văn, không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý từ thầy cô để có được các nghiên cứu hoàn chỉnh hơn trong tương lai

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2023

Học viên

1.1 Giới thiệu về nước thải sinh hoạt và các phương pháp xử lý 3

1.1.1 Khái niệm về nước thải và nước thải sinh hoạt 3

1.1.2 Các thông số đặc trưng nước thải sinh hoạt 3

1.1.3 Một số công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt 6

1.2 Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học kết hợp lọc màng (MBR) 8

1.2.1 Công nghệ lọc màng 8

1.2.2 Công nghệ Membrane bioreactor (MBR) trong xử lý nước thải 10

1.2.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống MBR đặt chìm 15

1.2.4 Động học của quá trình vận hành hệ thống MBR đặt chìm 17

1.2.5 Ứng dụng công nghệ MBR trên thế giới 18

1.2.6 Ứng dụng công nghệ MBR tại Việt Nam 23

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải bằng hệ thống MBR 25 1.3.1 Thời gian lưu thủy lực 26

1.3.2 Mixed Liquor suspended solids (MLSS) 26

1.3.3 Độ oxy hòa tan DO 28

1.3.4 pH và nhiệt độ 28

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

2.1 Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu 29

2.1.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 29

2.1.2 Nội dung nghiên cứu 29

2.2 Phương pháp nghiên cứu 30

2.2.1 Phương pháp thu thập, tổng hợp thông tin, số liệu 30

2.2.2 Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa 30

2.2.3 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản mẫu 30

2.2.4 Phương pháp phân tích các thông số trong nước thải 31

2.2.5 Phương pháp phân tích số liệu, tính toán và thiết kế hệ thống xử lý 32

CHƯƠNG 3 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 39

3.1 Tình hình phát sinh nước thải công ty TNHH Song Tinh 39

3.3.2.4 Oxy hòa tan, pH, nhiệt độ 55

3.3.3 Hiệu quả xử lý nước thải của hệ thống 55

3.3.3.1 Hiệu quả xử lý COD 57

KCN : Khu công nghiệp MBR : Bể lọc sinh học bằng màng (Membrane Bioreactor) MF : Màng vi lọc (Micro Filtration)

MLSS : Hàm lượng chất rắn lơ lửng của hỗn hợp bùn (Mixed Liquor Suspended Solids)

MLVSS : Hàm lượng chất rắn bay hơi (Mixed liquor volatile suspended solids)

OLR : Tải trọng hữu cơ (Organic Load Rate)

ii

DANH MỤC HÌNH

Hình 1 Cấu hình MBR 13

Hình 2 Biểu đồ phát triển công nghệ XLN thải bằng MBR ở Châu Âu 20

Hình 3 Sơ đồ quy trình MBR xử lý thí điểm tại thành phố (Rosenberger và cộng sự, 2002) 23

Hình 4 Nước thải sinh hoạt tại công ty TNHH Song Tinh, Vĩnh Phúc 29

Hình 5 Sơ đồ dự kiến hệ thống xử lý nước thải tại công ty TNHH Song Tinh 34

Hình 6 Màng lọc MBR sợi rỗng được sử dụng 38

Hình 7 Mặt bằng tổng thể công ty TNHH Song Tinh 39

Hình 8 Mặt bằng hệ thống thu gom nước thải 40

Hình 9 Module hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt 42

Hình 10 Rọ chắn rác trước bể điều hòa 44

Hình 11 Sợi rỗng trong hệ thống lọc 48

Hình 12 Ngăn chứa màng MBR 49

Hình 13 Nồng độ bùn (MLSS và MLVSS) trong bể MBR trong thời gian vận hành mô hình 52

Hình 14 Nước thải thô và bùn trong bể Aerotank 53

Hình 15 Sự thay đổi tỷ lệ thức ăn và vi khuẩn (F/M) trong thời gian vận hành mô hình 54

Hình 16 Nồng độ chất ô nhiễm trước và sau xử lý so với Quy chuẩn Việt Nam QCVN 14:2008/BTNMT 56

Hình 17 Nước thải sinh hoạt công ty TNHH Song Tinh trước và sau xử lý 57

Hình 18 Hiệu quả xử lý COD trong thời gian vận hành mô hình 58

Hình 19 Hiệu quả xử lý T - N trong thời gian vận hành mô hình 60

Hình 20 Nguyên lý lọc và rửa màng MBR tự động 61

Hình 21 Màng MBR sau 6 tháng sử dụng 61

iii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1: So sánh một số công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay 6

Bảng 2 Các loại vật liệu polyme sản xuất màng 10

Bảng 3 Bảng so sánh MBR kiểu đặt chìm và kiểu đặt ngoài 13

Bảng 4 Một số những công trình tiêu biểu áp dụng thành công công nghệ MBR trong xử lý nước thải sinh hoạt và đô thị 21

Bảng 5 Vị trí và tần suất lấy mẫu 30

Bảng 6 Phương pháp phân tích mẫu nước thải 31

Bảng 7 Thông số Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN 14:2008/BTNMT 31

Bảng 8 Thành phần nước thải đầu vào hệ thống 40

Bảng 9 Các thông số vận hành mô hình thử nghiệm 50

Bảng 10 Nồng độ chất ô nhiễm sau quá trình xử lý 55

1

MỞ ĐẦU

Nước là nguồn tài nguyên vô cùng quan trọng đối với cuộc sống con người Hiện nay, tình trạng ô nhiễm nước không chỉ xảy ra tại Việt Nam mà nó còn xuất hiện ở mọi quốc gia trên thế giới Một con số chấn động có thể khiến bạn quan ngại là: 1 tỷ người đang sống trong tình trạng thiếu nước sạch Ô nhiễm nước trong đó có ô nhiễm do nước thải sinh hoạt không chỉ ảnh hưởng tới chất lượng đời sống con người mà còn phá hủy môi trường của nhiều loài sinh vật khác Ngày nay có nhiều phương pháp khác nhau để xử lý nước thải sinh hoạt Phương pháp ứng dụng công nghệ sinh học đang được sử dụng phổ biến nhất trong hầu hết các hệ thống xử lý [18] Thông thường một hệ thống xử lý được đánh giá bởi hiệu quả của việc xử lý như khả năng loại bỏ C O D , BOD, nitơ hay phospho v.v., khả năng áp dụng của chúng như giá thành của hệ thống, giá thành của một m3 nước được xử lý hay độ phức tạp của công nghệ và quá trình vận hành, bảo dưỡng thiết bị v.v [15] Tuy nhiên, để lựa chọn được một phương pháp thích hợp không phải là điều dễ dàng

Công ty TNHH Song Tinh thành lập năm 2003 hoạt động trong lĩnh vực thu gom,

vận chuyển phế liệu, thu mua, kinh doanh và tái chế phế liệu Với chính sách “Chung sức vì cuộc sống và thiên nhiên tốt đẹp hơn”, Song Tinh đã đầu tư mua sắm trang thiết

bị hiện đại mục đích bảo vệ môi trường như: Hệ thống quay tách ly tâm, máy đột dập, hệ thống ống khói có dàn phun mưa giúp việc tái chế đúng tiến độ, đảm bảo yêu cầu về môi trường, kỹ thuật đúc và chất lượng sản phẩm sau đúc… bên cạnh đó việc xử lý nước thải sinh hoạt cũng đang được công ty quan tâm đầu tư hệ thống xử lý Năm 2022, công

ty tiếp tục đầu tư mới hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt tại nhà máy

Công nghệ Membrane bioreactor (MBR, lọc sinh học - màng) là công nghệ xử

lý nước thải kết hợp quá trình lọc màng với quá trình phản ứng sinh học, được biết đến như một kỹ thuật hiệu quả nhất hiện nay để loại bỏ hợp chất hữu cơ, các chất rắn lơ lửng, nitơ và photpho, cho duy trì lượng sinh khối lớn Đây cũng là công nghệ được lựa chọn để xử lý nước thải sinh hoạt tại công ty TNHH Song Tinh Luận văn thực hiện nghiên cứu hệ thống xử lý nước thải công ty TNHH Song Tinh, Vĩnh Phúc với lưu lượng nước thải đầu vào 5m3/ngày đêm, sử dụng công nghệ Membrane Bioreactor (MBR) Mục tiêu của nghiên cứu bao gồm:

2 + Phân tích, đánh giá chất lượng nước thải đầu vào hệ thống xử lý + Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý sử dụng module màng lọc MBR + Đánh giá khả năng xử lý chất ô nhiễm của hệ thống và các yếu tố ảnh hưởng

3

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về nước thải sinh hoạt và các phương pháp xử lý

1.1.1 Khái niệm về nước thải và nước thải sinh hoạt

Chất thải lỏng hay còn gọi là nước thải, được xác định là sự hòa tan hoặc hỗn hợp giữa nước (bao gồm nước uống, nước mưa, nước trên bề mặt, nước ngầm, ) và các chất thải từ sinh hoạt của cư dân trong cộng đồng, khu vực sản xuất công nghiệp, tiểu thủ công nghiệp, thương mại, giao thông vận tải và nông nghiệp Nước thải được định nghĩa là nước dùng trong quá trình sản xuất, sinh hoạt hay được chảy qua những khu vực bị ô nhiễm Nước thải được phân chia thành nước thải sinh hoạt, nước thải công nghiệp và nước y tế,…

Tại nhiều nước trên thế giới, việc giám sát và xử lí nguồn nước thải đã trở thành luật lệ bắt buộc Hầu hết mỗi ngành công nghiệp đều có các văn bản hướng dẫn áp dụng tiêu chuẩn làm sạch nước thải

Khái niệm nước thải sinh hoạt

Nước thải sinh hoạt là nước đã được sử dụng cho các mục đích ăn uống, sinh hoạt, tắm rửa, vệ sinh nhà cửa, của các khu dân cư, công trình công cộng, cơ sở dịch vụ, Như vậy, nước thải sinh hoạt được hình thành trong quá trình sinh hoạt của con người Một số các hoạt động dịch vụ hoặc công cộng như bệnh viện, trường học, nhà ăn, cũng tạo ra các loại nước thải có thành phần và tính chất tương tự như nước thải sinh hoạt [4] Căn cứ theo QCVN 14:2008/BTNMT, nước thải sinh hoạt là nước thải ra từ các hoạt động sinh hoạt của con người như ăn uống, tắm giặt, vệ sinh cá nhân Nguồn nước tiếp nhận nước thải là nguồn nước mặt hoặc vùng nước biển ven bờ, có mục đích sử dụng xác định, nơi mà nước thải sinh hoạt thải vào [10]

Đặc điểm của nước thải sinh hoạt là chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy, chất dinh dưỡng đối với sinh vật, vi khuẩn và có mùi khó chịu Nước thải sinh hoạt thường chiếm khoảng 58% là các chất hữu cơ, 42% là các chất vô cơ và lượng lớn các vi sinh vật chủ yếu là các vi khuẩn gây bệnh Nước thải sinh hoạt sau khi thải ra thường dẫn trở nên tính axit và thối rữa Đặc điểm cơ bản là hàm lượng các chất hữu cơ không bền vững cao [5]

1.1.2 Các thông số đặc trưng nước thải sinh hoạt

4 Đặc trưng của nước thải sinh hoạt là thường chứa nhiều tạp chất khác nhau, trong đó khoảng 52% là các chất hữu cơ, 48% là các chất vô cơ và một số lớn vi sinh vật Phần lớn các vi sinh vật trong nước thải ở dạng các virút và vi khuẩn gây bệnh như tả, lỵ, thương hàn Đồng thời trong nước thải cũng chứa các vi khuẩn không có hại có tác dụng phân hủy các chất thải Do phần lớn nước thải sinh hoạt và các loại nước thải khác có thành phần tương tự nên các thông số đặc trưng chính của nó là: TSS, BOD, COD,các chất dinh dưỡng N, P và coliform [13]

a) Hàm lượng chất rắn:

Chất rắn trong nước thải bao gồm các chất rắn lơ lửng, chất rắn có khả năng lắng, các hạt keo và chất rắn hòa tan Đây được coi là thành phần vật lý đặc trưng nhất của nước thải Tổng các chất rắn (TS) trong nước thải là phần còn lại sau khi đã cho nước thải bay hơi hoàn toàn ở nhiệt độ từ 103-1050C Các chất bay hơi ở nhiệt độ này không được coi là chất rắn Xác định hàm lượng chất rắn bằng cách cho nước thải thấm qua giấy lọc tiêu chuẩn với kích thước lỗ khoảng 1,2 μm Gạn lấy lượng cặn đọng lại trên giấy thấm đem sấy ở nhiệt độ 1050C cho đến khi trọng lượng không thay đổi sau đó đem cân và so sánh với khối lượng nước ban đầu, đơn vị là mg/l

Qua quá trình xói mòn, rửa trôi, nước mưa chảy tràn qua các khu phố, khu dân cư, hay quá trình lắng đọng bụi đổ vào hồ, kênh, sông dẫn nước Phần lớn các chất rắn lơ lửng sẽ bị lắng xuống đáy của nơi tiếp nhận dòng chảy, những hạt không lắng được sẽ tạo thành độ đục của nước Các chất lơ lửng hữu cơ sẽ tiêu thụ oxy để phân hủy làm giảm DO của nguồn nước, làm giảm tầm nhìn của các hoạt động sống dưới nước, giảm độ dọi của ánh sáng mặt trời qua nước gây ảnh hưởng đến sự sinh trưởng và phát triển của hệ động vật trong nước

b) Nhu cầu oxy sinh hóa (BOD) và nhu cầu oxy hóa học (COD):

Mức độ nhiễm bẩn nước thải bởi chất hữu cơ có thể xác định theo lượng ôxy cần thiết để ôxy hóa chất hữu cơ dưới tác động của vi sinh vật hiếu khí và được gọi là nhu cầu ôxy cho quá trình sinh hóa

Nhu cầu oxy sinh hóa là chỉ tiêu rất quan trọng và tiện dùng để chỉ mức độ nhiễm bẩn của nước thải bởi các chất hữu cơ Trị số BOD đo được cho phép tính toán lượng ôxy hòa tan cần thiết để cấp cho các phản ứng sinh hóa của vi khuẩn diễn ra trong quá

5 trình phân hủy hiếu khí các chất hữu cơ có trong nước thải Chỉ tiêu nhu cầu ôxy sinh hóa BOD không đủ để phản ánh khả năng ôxy hóa các chất hữu cơ khó bị ôxy hóa và các chất vô cơ có thể bị ôxy hóa có trong nước thải

Nhu cầu ôxy hóa học COD: Là lượng ôxy cần thiết để ôxy hóa hoàn toàn chất hữu cơ và một phần nhỏ các chất vô cơ dễ bị ôxy hóa có trong nước thải Việc xác định COD có thể tiến hành bằng cách cho chất ôxy hóa mạnh vào mẫu thử nước thải trong môi trường axít Trị số COD luôn lớn hơn trị số BOD5 và tỷ số COD: BOD càng nhỏ thì xử lý sinh học càng dễ Tỷ lệ COD: BOD của nước thải đô thị nằm trong khoảng 2 - 2.5

c) Các hợp chất của Nitơ và Photpho trong nước thải:

Các hợp chất của nitơ trong nước thải: Nước thải đô thị luôn có một số hợp chất chứa nitơ Nitơ là chất dinh dưỡng quan trọng trong quá trình phát triển của vi sinh vật trong các công trình xử lý sinh học Các hợp chất chứa nitơ là protein, các sản phẩm phân hủy của nó như amino axit là nguồn thức ăn hữu cơ của vi khuẩn, và các hợp chất hữu cơ chứa nitơ có trong nước thải bắt nguồn từ phân và nước tiểu (urê) của người và động vật Urê bị phân hủy ngay khi có tác dụng của vi khuẩn thành amoni (NH4+) và NH3 là hợp chất vô cơ chứa nitơ có trong nước thải Hai dạng hợp chất vô cơ chứa Nitơ có trong nước thải là nitrit và nitrat Nitrat là sản phẩm ôxy hóa của amoni (NH4+)khi tồn tại oxy, thường gọi quá trình này là quá trình Nitrat hóa Còn nitrit (NO2-)là sản phẩm trung gian của quá trình nitrat hóa, nitrit là hợp chất không bền vững dễ bị ôxy hóa thành nitrat (NO3-) Vì amoni sử dụng ôxy trong quá trình Nitrat hóa và các vi sinh vật trong nước, rong, tảo dùng nitrat làm thức ăn để phát triển, cho nên nếu hàm lượng nitơ có trong nước thải xả ra sông, hồ quá mức cho phép sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng kích thích sự phát triển nhanh của rong, tảo làm bẩn nguồn nước

Các hợp chất photpho trong nước thải: Photpho cũng giống như nitơ, là chất dinh dưỡng cho vi khuẩn sống và phát triển trong các công trình xử lý nước thải Photpho là chất dinh dưỡng đầu tiên cần thiết cho sự phát triển của thảo mộc sống dưới nước, nếu nồng độ photpho trong nước thải xả ra sông, suối quá mức cho phép sẽ gây ra hiện tượng phú dưỡng Photpho thường ở dạng photphat vô cơ và bắt nguồn từ chất thải là phân,

6 nước tiểu, phân bón dùng trong nông nghiệp và từ các chất tẩy rửa dùng trong sinh hoạt hằng ngày

d) Vi sinh vật:

Vi sinh vật ngoài những nhóm tham gia các chu trình chuyển hóa vật chất có lợi cho môi trường sinh thái còn có những nhóm gây bệnh cho con người, động vật, thực vật Những nhóm vi sinh vật gây bệnh đặc biệt là nhóm gây bệnh cho con người khi tồn tại quá nhiều trong môi trường sống sẽ là nguồn gây nhiễm bệnh nguy hiểm Nguyên nhân của sự ô nhiễm vi sinh là nước thải sinh hoạt và nước thải bệnh viện, do ý thức của người dân còn kém, thải bỏ vô ý thức chất thải sinh hoạt, xác chết động vật

Nước thải đô thị chứa rất nhiều các vi sinh vật với số lượng từ 105 – 106 tế bào/1ml Phần lớn vi sinh có trong nước thải không phải là vi khuẩn gây bệnh, có thể có một số ít vi khuẩn gây bệnh như thương hàn, tả, lỵ, vi trùng gan Mức độ ô nhiễm do vi sinh vật gây bệnh thường đặc trưng bằng thông số coliform

1.1.3 Một số công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt

Hiện nay, có nhiều công nghệ khác nhau đang được áp dụng để xử lý nước thải sinh hoạt như: công nghệ AO (Anoxic-Oxic); công nghệ AAO (Anaerobic -Anoxic-Oxic); công nghệ SBR (Sequencing batch reactor); công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor)… Dưới đây là bảng tổng hợp so sánh ưu nhược điểm các công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt

Bảng 1: So sánh một số công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt hiện nay

Tên công nghệ Nguyên lý hoạt động Ưu và nhược điểm

Công nghệ AO là công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt mới nhất hiện nay, được áp dụng để xử lý các chất dinh dưỡng chủ yêú như

Công nghệ AO hoạt động hai bể chính là bể hiếu khí và thiếu khí, tương ứng lần lượt đi kèm với quá trình nitrate hóa ở bể hiếu khí và khử nitrat hóa ở bể thiếu

khí

- Công nghệ xử lý triệt để các chất hữu cơ có trong nước thải (BOD) và các chất dinh dưỡng (N, P)

- Chi phí áp dụng vào hệ thống xử lý nước thải tương đối thấp

- Khả năng vận hành ổn định, cơ chế tự động hóa cao

- Tiết kiệm chi phí nhờ hệ thống bảo trì, bảo dưỡng đơn giản, dễ dàng

thải

- Quá trình xử lý kỵ khí (Anaerobic): Khử

hydrocacbon, kết tủa kim loại nặng, kết tủa photpho và khử clo

- Quá trình xử lý yếm khí ( Anoxic): Khử nitrat thành khí nitơ N2 đồng thời giảm hàm lượng BOD, COD trong nước thải

- Quá trình hiếu khí (Oxic): quá trình chuyển hóa NH4 thành NO3 và khử BOD, COD

- Nhờ quá trình xử lý yếm khí (Anoxic) nên có khả năng xử lý nitơ và photpho rất hiệu quả, phù hợp với nước thải có độ ô nhiễm cao

- Xử lý triệt để các chất ô nhiễm có trong nước thải như: COD, BOD, nitơ, photpho

- Công nghệ AAO giúp giảm các chất hữu cơ cũng như các chất dinh dưỡng dư thừa

- Chi phí đầu tư xây dựng hệ thống AAO tương đối thấp

- Lượng bùn thải phát sinh thấp

- Chất lượng nước có thể đạt chuẩn A theo thiết kế

- Tiêu thụ ít năng lượng

Công nghệ SBR (Sequencing batch reator) là công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt với phản ứng sinh học theo mẻ, gồm 2 cụm bể: Selector

và C- tech

Nước được dẫn vào bể Selector trước sau đó mới qua bể C – tech Tại bể Selector sẽ được sục khí liên tục tạo điều kiện cho quá trình xử lý hiếu khí diễn ra Nước sau đó được chuyển sang bể C-tech.Bể SBR hoạt động theo một chu kỳ tuần hoàn với 5 pha chính, bao gồm: Pha làm đầy, sục khí, lắng, rút nước và cuối cùng là pha ngưng Mỗi bước luân phiên sẽ được chọn lựa kỹ lưỡng dựa trên hiểu biết

- Một trong những ưu điểm nổi bật nhất của công nghệ này đó là không cần tuần hoàn bùn hoạt tính,

- Độ bền cao với kết cấu đơn giản

- Vận hành theo cơ chế tự động hóa

- Loại bỏ các chất dinh dưỡng (N, P)

- Khả năng khử BOD cao

- Tiết kiệm chi phí nhờ không xây dựng thêm bể lắng và các hệ thống liên quan

- Dễ dàng tháo lắp, nâng cấp đơn giản

8

Tên công nghệ Nguyên lý hoạt động Ưu và nhược điểm

chuyên môn về các phản ứng sinh học

MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor) là công nghệ xử lý nước thải sử dụng liệu làm giá thể cho vi sinh vật dính bám để tăng trưởng và phát triển Quá trình xử lý sinh học hiệu quả MBBR thông qua sự kết hợp của quá trình bùn than hoạt tính và màng sinh học

Bể MBBR sẽ sử dụng giá thể vi sinh di động mbbr trong bể sục khí để tăng lượng vi sinh vật có sẵn để xử lý nước thải Các vi sinh vật sẽ phân hủy hết các chất hữu cơ có trong nước thải Sau đó, hệ thống thổi khí sẽ giúp khuấy trộn các giá thể trong bể nhằm đảm bảo các giá thể vi sinh được xáo trộn liên tục trong quá trình xử lý nước thải Quá trình phân giải các chất hữu cơ trong nước thải và nước thải đầu ra đạt chuẩn nhờ các vi sinh vật phát triển sẽ bám vào bề mặt giá thể Những vi sinh vật bám trên giá thể có thể là các loại vi sinh: Vi sinh hiếu khí nằm trên bề mặt giá thể, ví sinh thiếu khí, vi sinh yếm khí

- Hệ vi sinh vật với độ bền lâu dài

- GIảm diện tích xây dựng

1.2 Phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học kết hợp lọc màng (MBR)

1.2.1 Công nghệ lọc màng

Công nghệ lọc màng ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải Màng cho phép một số chất đi qua và ngăn cản một số chất khác Mức độ lọc của màng phụ thuộc vào kích thước lỗ màng Từ kích thước có thể phân loại thành: vi lọc, siêu lọc, màng lọc nano và màng thẩm thấu ngược Màng có các độ dày khác nhau, có cấu trúc

9 đồng nhất hoặc không đồng nhất Màng có thể trung tính hoặc tích điện và có thể vận chuyển các chất qua màng chủ động hoặc thụ động Màng lọc theo được phân loại như sau:

Dựa vào hình dáng và cấu tạo màng

Dựa vào cấu tạo và hình dạng của màng người ta chia thành: màng cấu tạo hình ống (Tubular membrane), màng sợi rỗng (Hollow fiber membrane), màng dạng tấm được cuộn tròn (Spiral membrane) và màng dạng khung (Frame membrane)

❖ Dựa vào kích thước các lỗ trên sợi màng [23]

Màng lọc được phân chia thành 4 loại dựa vào kích thước lỗ lọc: + Màng vi lọc (Microfiltration - MF) có đường kính lỗ giới hạn từ 0.1 - 1 micromet, ứng dụng để tách các vật chất như vi khuẩn, tế bào máu, tinh bột, bột tan và nhiều loại bụi mịn trong nước thải Bởi vì kích thước lỗ màng tương đối lớn nên có thể được vận hành dưới điều kiện áp suất thấp Do đó ít yêu cầu về chi phí năng lượng

+ Màng siêu lọc (Ultrafiltration – UF) có kích thước từ 0.1-0.01 micromet, thường được sử dụng để tách phân tử virus, các nội độc tố, protein, plastic… Vì kích thước lỗ lọc của màng UF nhỏ hơn so với màng MF nên yêu cầu về áp suất thẩm lọc cao hơn

+ Màng lọc nano (Nanofiltration – NF) có kích thước lỗ giới hạn từ 0.001 – 0.1 micromet, có thể loại bỏ một số muối, đường và màu tổng hợp Tuy nhiên nó không thể loại bỏ hầu hết các muối tan và các ion kim loại

+ Màng thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis- RO) có kích thước lỗ giới hạn từ 0.0001 - 0.001 micromet, sử dụng trên quy mô lớn trong lọc và khử trùng nước Đây là loại màng lọc duy nhất có thể loại bỏ kim loại và muối từ nước

❖ Dựa vào vật liệu màng

Hầu hết màng lọc MF, UF, RO và NF được làm từ vật liệu polyme hữu cơ Màng còn có thể được chế tạo từ vật liệu vô cơ như gốm và kim loại Màng gốm là loại màng có lỗ rỗng, chịu nhiệt và trơ với hóa chất và thường dùng cho màng lọc MF Tuy nhiên các màng này có chi phí cao và dễ gãy vỡ nên chưa được ứng dụng rộng rãi Màng kim loại thường làm từ sắt không gỉ và có thể có kích thước lỗ rỗng rất bé Chúng dùng chủ yếu trong quá trình phân tách khí, và một số quá trình lọc nước ở nhiệt độ cao Đối với công nghệ MBR có thể sử dụng rất nhiều vật liệu khác nhau Theo vật liệu chế tạo

10 màng có thể phân loại chung là vật liệu hữu cơ cao phân tử (polyme tổng hợp) hay vô cơ (vật liệu gốm hay kim loại) Chi phí sản xuất màng bằng vật liệu hữu cơ thường thấp hơn vật liệu vô cơ, tuy nhiên màng hữu cơ thường có độ bền không cao cũng như khả năng thấm hạn chế Một số ví dụ về màng hữu cơ hiện đang được ứng dụng trong thực tế và tính năng của nó được trình bày trong

Bảng 2 Các loại vật liệu polyme sản xuất màng

Cellulose acetate (CA) Chi phí thấp

Ít bị ảnh hưởng bởi clo

Ổ định nhiệt kém Ổn định hóa chất kém Polysulphone (PSO) Có khả năng khử trùng

Ít bị ảnh hưởng bởi pH Ổn định hóa chất kém Polypropylen (PP) Ít bị ảnh hưởng bởi hóa

Polytetrafluoroethylene (PTPE)

Phù hợp với nồng độ hữu cơ cao

Ổn định hóa học cao Có khả năng khử trùng

Ổn định hóa học kém

Polyvinylidene fluoride (PVDF)

Ít bị ảnh hưởng bởi hóa chất

Ổn định hóa chất cao Chịu nhiệt tốt

Nguồn: Stephenson et al (2001) [44]

1.2.2 Công nghệ Membrane bioreactor (MBR) trong xử lý nước thải

11 Bể lọc sinh học bằng màng (MBR) đang được sử dụng ngày càng nhiều để xử lý nước thải đô thị và công nghiệp [28] MBR là viết tắt cụm từ Membrane Bio-Reactor (Bể lọc sinh học bằng màng) có thể định nghĩa tổng quát là hệ thống xử lý vi sinh của nước thải bằng công nghệ lọc màng Hệ thống MBR được phát triển đầu tiên vào năm 1970 để ứng dụng cho việc xử lý nước thải đô thị và công nghiệp MBR là kỹ thuật mới xử lý nước thải kết hợp quá trình dùng màng lọc với hệ thống bể sinh học thể động bằng quy trình vận hành SBR sục khí 3 ngăn và công nghệ dòng chảy gián đoạn MBR là sự cải tiến của quy trình xử lý bằng bùn hoạt tính, trong đó việc tách cặn được thực hiện không cần đến bể lắng bậc Đây là điểm thuận lợi của hệ thống này, vì thế việc loại bỏ bùn lơ lửng và khử trùng phụ thuộc vào ngưỡng giới hạn của màng

MBR được coi là công nghệ xử lý nước thải tiên tiến đang được sử dụng rộng rãi cho nước thải đô thị và công nghiệp trong các dự án lớn trên khắp Việt Nam và thế giới Công suất của MBR dao động từ dưới 1 m3/ngày đến lớn hơn 100.000 m3/ngày Một xu hướng rõ ràng là việc sử dụng màng chìm và dòng chảy sủi bọt hai pha để cung cấp môi trường thủy động lực Công nghệ lọc sinh học bằng màng ngày càng trở nên phổ biến, đa dạng và được sử dụng rộng rãi trong những năm gần đây để xử lý nước thải Ngày nay, nhiều sản phẩm MBR được thương mại hóa trên thị trường và có hàng trăm nhà máy sử dụng hệ thống MBR chính thức đang hoạt động trên toàn thế giới Cấu tạo của một hệ thống MBR bao gồm: bể phản ứng sinh học và module màng lọc được đặt ngập trong bể

Bể phản ứng sinh học

Bể phản ứng sinh học là nơi xảy ra quá trình phân hủy sinh học bằng bùn hoạt tính, dựa trên hoạt động của các vi sinh vật phân hủy các hợp chất hữu cơ ô nhiễm trong nước thải dòng vào Bể phản ứng sinh học có thể hoạt động theo công nghệ sinh học hiếu khí, kỵ khí hoặc kết hợp giữa các công nghệ sinh học

Module màng lọc

- Màng lọc là một lớp màng vật liệu mỏng có khả năng phân tách vật chất theo đặc tính vật lý và hoá học của chúng khi chịu một áp lực nhất định Màng lọc có thể được phân loại theo kích thước của vật chất và áp lực trên màng Ưu điểm của công

12 nghệ màng bao gồm sự phân tách liên tục, năng lượng tiêu thụ ít, dễ kết hợp với công

nghệ có sẵn, dễ thu gọn, và không cần sử dụng thêm thiết bị phụ trợ

- Thông qua quá trình làm việc của màng và lọc, dòng hỗn hợp đầu vào được phân tách làm hai phần: một phần là dung dịch sau lọc và phần những vật chất bị giữ lại trước màng lọc Màng lọc có thể áp dụng để làm sạch hay làm đậm đặc một dung dịch hay phân tách một hỗn hợp

- Với những nỗ lực để áp dụng công nghệ màng được hiệu quả hơn, bể lắng thứ cấp trong quá trình xử lý sinh học được thay thế bằng màng lọc với dòng chảy ngang Trong bể xảy ra sự phân ly của 2 pha rắn – lỏng sử dụng hệ thống màng UF hoặc MF để giữ lại sinh khối trong bể

Trong xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học kết hợp với màng (MBR), màng được đặt tích hợp trong bể bùn hoạt tính sinh hoc Có hai thiết kế hệ thống MBR là đặt màng nằm ngoài bể phản ứng sinh học eMBR (external MBR) hoặc đặt

chìm trong bể iMBR (Internal/submerged MBR) Hệ thống màng đặt ngoài có hướng

dòng chảy song song với màng (cross – flow), dòng chảy sẽ chảy từ trong ra ngoài (in – side – out), modul màng được đặt bên ngoài bể sinh học và không phụ thuộc vào bể phản ứng, nó là thế hệ đầu tiên của kỹ thuật MBR Với hệ thống màng đặt ngập thì dòng chảy có hướng vuông góc với màng (dead – end), dòng chảy sẽ đi từ ngoài vào trong (out – side – in), dòng thấm sẽ đi qua màng sinh khối và vi khuẩn sẽ được giữ lại tại bể phản ứng [44]

13 Hình 1 Cấu hình MBR [32] a MBR đặt ngoài và b MBR đặt chìm Việc vận hành đối với 2 loại màng đặt ngập và đặt ngoài sẽ có nhiều điểm khác nhau, dưới đây là bảng so sánh giữa MBR đặt ngập và MBR đặt ngoài

Bảng 3 Bảng so sánh MBR kiểu đặt chìm và kiểu đặt ngoài

Nguồn: Faisal I Hải ; Kazuo Yamamoto ; Chung Hak Lee (2019) [32]

Hệ thống MBR hợp khối kiểu đặt ngoài cải thiện nhiều điểm bất lợi như quản lý màng không hiệu quả, chi phí ban đầu thấp Quá trình xử lý nước thải theo kiểu MBR hợp khối đặt ngập sử dụng màng tách đặt ngập nước nên chi phí đầu tư ban đầu khá lớn,

14 việc quản lý chất lượng nước khó khăn do các hạng mục công trình được lắp đặt ngầm để không ảnh hưởng đến cảnh quan môi trường xung quanh Tuy nhiên, hệ thống MBR đặt ngập vẫn được sử dụng nhiều hơn Do MBR đặt ngập có ưu điểm là tiết kiệm diện tích, trong khi vấn đề diện tích đối với các công trình xử lý nước thải là vấn đề rất quan trọng Nghiên cứu sử dụng hệ thống MBR đặt ngập với bể hiếu khí nên phần tiếp theo tập trung nêu rõ nguyên lý hoạt động của công nghệ lọc màng sinh học hiếu khí dạng đặt ngập

Ưu, nhược điểm của hệ thống MBR

Về chi phí xây dựng: Do đó khi xử lý nước thải bằng phương pháp sẽ không cần phải xây dựng thêm bể lắng bùn sinh học, bể khử trùng Tiết kiệm tối đa chi phí xây dựng hệ thống xử lý; thời gian lưu nước khoảng 2.5 đến 5h ngắn hơn so với công nghệ bùn hoạt tính (>6h), giảm tối đa diện tích mặt bằng, phù hợp với các khu vực như khách sạn, bệnh viện, cao ốc,…

Nhược điểm:

Một trong những nhược điểm chính của MBR là xu hướng làm tắc màng và tiêu thụ năng lượng cao, góp phần tăng chi phí hoạt động [30] Để khắc phục vấn đề tắc nghẽn màng, nhiều nhà nghiên cứu đã sửa đổi và thử nghiệm màng, áp dụng các kỹ thuật khác nhau [28] Đặc biệt ở môi trường châu Phi, màng ít bám bẩn sẽ rất có lợi vì chúng cần ít hóa chất hơn để làm sạch và ít phải bảo trì, giúp đơn giản hóa đáng kể hoạt động của MBR Màng tái sử dụng nước thải phải đối mặt với các hiện tượng tắc nghẽn như cặn vô cơ và hữu cơ cũng như bám bẩn sinh học Hạn chế lớn này làm tăng mức tiêu thụ năng lượng cụ thể của hệ thống MBR về lâu dài Do đó, các nhà nghiên cứu đã tập trung

15 vào các chiến lược sửa đổi màng để giảm thiểu sự tắc nghẽn, thường bị ảnh hưởng bởi các đặc tính như tính ưa nước, điện tích bề mặt và độ nhám

Nhìn chung, bề mặt của màng có thể được biến đổi về mặt hóa học bằng cách hấp phụ các thành phần hoặc gắn các đại phân tử vào bề mặt màng (ghép) bằng các đơn vị xử lý khác nhau sử dụng hóa chất, chiếu xạ UV và plasma [23; 42] Ví dụ, Bae và Tak (2005) đã nhốt các hạt titan dioxide vào một lớp phủ màng bổ sung và làm giảm sự suy giảm từ thông theo thời gian [22] Kim và cộng sự (2014) đã kết hợp vi khuẩn làm nguội đại biểu vào màng polyme và giảm thiểu sự gia tăng áp suất xuyên màng cụ thể (TMP) trong các thử nghiệm ở quy mô phòng thí nghiệm [33]

1.2.3 Nguyên lý hoạt động hệ thống MBR đặt chìm

Công nghệ MBR hiếu khí dạng đặt ngập sử dụng các modul màng lọc đặt chìm trong bể xử lý sinh học được sử dụng phổ biến hơn Khi công nghệ MBR lần đầu tiên xuất hiện, một trong những ưu điểm chính là qui trình đơn giản bằng cách ngâm màng trong bể sinh học để thay thế cho bể lắng thông thường Khí được bơm ở dưới các modul màng để làm sạch các tấm màng và ngăn ngừa đáng kể quá trình tắc nghẽn của màng lọc Hoạt động của màng như một dào cản để loại bỏ hoàn toàn trong quá trình xử lý nước thải thông thường

Công nghệ MBR hiếu khí đặt ngập là sự kết hợp giữa hai quá trình cơ bản trong một đơn nguyên: phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ có trong nước thải và tách sinh khối vi khuẩn bằng hệ thống màng lọc Hoạt động dựa trên cơ sở của quá trình thấm hút, nơi mà nước thải được thấm hút ra ngoài từ modul màng Trong xử lý nước thải bằng công nghệ MBR hiếu khí dạng đặt ngập quá trình tách hai pha rắn - lỏng được thực hiện bởi màng vi lọc (MF) hoặc màng siêu lọc (UF) Nguyên tắc cơ bản là nước được thấm qua màng trong khi các thành phần loại bỏ sẽ tập trung và bị giữ lại trong bể sinh học

Màng được sử dụng để giữ lại các chất rắn, các vật chất không tan trong nước Dựa trên kích thước tương đối của lỗ màng mà thành phần vật chất trong nước dòng ra khác nhau Quá trình lọc màng là quá trình vật lý, nơi mà các thành phần riêng biệt không thay đổi về tính chất hóa học Các thành phần đi qua lỗ màng được gọi là thấm hút qua trong khi những thành phần khác sẽ bị giữ lại

16 Cách lắp đặt hệ thống MBR chủ yếu là sử dụng một bể phản ứng và modul màng lọc thành một đơn vị xử lý nước thải Vì thế mà công nghệ MBR có thể thay thế hoặc bổ sung khả năng tách chất rắn của bể lắng thứ cấp, lọc nước thải khử trùng Kết quả là có khả năng vận hành ở nồng độ sinh khối cao hơn

Công nghệ này sử dụng màng sợi rỗng và nước chảy từ ngoài vào trong với nhu cầu năng lượng thấp Nước được thấm hút từ ngoài vào trong sau đó đi ra khỏi cột màng bằng ống thu nước phía trên hoặc phía dưới của cột màng thông qua bơm hút Màng hoạt động dựa trên áp suất âm là sự chênh lệch của áp suất, dựa trên khả năng di chuyển của nước từ nơi có áp suất cao đến nơi có áp suất thấp Nước thải được xử lý bởi các bùn sinh học và bùn được giữ lại bởi quá trình lọc màng Vì thế nâng cao hiệu quả loại bỏ cặn lơ lửng trong nước sau xử lý Hàm lượng cặn lơ lửng bên trong bể sinh học sẽ gia tăng nhanh chóng làm cho khả năng phân hủy sinh học các chất ô nhiễm trong nước thải đầu vào cũng tăng theo Ngoài ra nước thải sau xử lý cũng đạt được chất lượng cao với nước trong và không có cặn lơ lửng Với kích thước lỗ màng nhỏ, màng có thể tách hạt keo, vi khuẩn, một số virut và các phân tử hữu cơ kích thước lớn

Modul màng hoạt động theo nguyên lý sục khí liên tục Dòng khí có vai trò cung cấp oxy cho quá trình phân hủy sinh học xẩy ra, duy trì trạng thái lơ lửng của bùn hoạt tính Trong khi hoạt động, màng sẽ bị bám bẩn bởi các bông bùn sinh học Các bọt khí trong quá trình sục khí di chuyển từ dưới lên sẽ tạo ra sự xáo trộn và làm bong các bông bùn bám trên bề mặt của màng

Hoạt động của module màng được theo dõi thông qua số lưu lượng của màng, là lưu lượng nước qua một đơn vị diện tích màng trong một đơn vị thời gian (L/m2.h) Thông thường, bơm hút nước qua màng sẽ hoạt động với giá trị lưu lượng trong khoảng yêu cầu của nhà sản xuất màng đưa ra để hạn chế hiện tượng màng bị bám cặn và dễ dàng hơn trong việc rửa ngược cũng như rửa bằng hóa chất cho modul màng sau này Sau một thời gian hoạt động, áp suất qua màng sẽ tăng lên Khi áp suất đạt giá trị giới hạn của màng thì cần tiến hành rửa màng [42]

Nguyên lý hoạt động của hệ thống MBR đặt ngập được hoạt động theo hai pha chính: pha lọc và pha rửa Trong quá trình vận hành thì có thể điều chỉnh hai pha này hoạt động theo các cách thức khác nhau tùy thuộc vào thiết kế

17

1.2.4 Động học của quá trình vận hành hệ thống MBR đặt chìm

Trong quá trình vận hành hệ thống lọc màng sinh học MBR hiếu khí dạng đặt ngập thì cần phải theo dõi các thông số động học của màng lọc để đảm bảo khả năng hoạt động tốt nhất và lâu nhất của màng Tùy thuộc vào nhà sản xuất màng mà mỗi loại màng sẽ được vận hành dưới các thông số động học khác nhau Các thông số động học chính của mỗi loại màng cần được chú ý theo dõi để đảm bảo cho quá trình vận hành hệ thống lọc màng sinh học MBR đó là: Lưu lượng thấm qua màng, áp suất qua màng, lượng khí cung cấp cho modul màng, ngoài ra còn có các thông số như nhiệt độ, pH, nồng độ sinh khối thích hợp trong bể [38]

❖ Lưu lượng nước thấm qua màng

Lưu lượng nước thấm qua màng sạch được mô tả theo đinh luật của Darcy

J= p/(( *(Rm +Rp +Rc )) Trong đó:

J: Lưu lượng thấm qua màng (l/m2.h)

p: Áp suất qua màng (Kpa) Rm: Trở lực ban đầu của màng (m-1)

Rp: Trở lực của lớp bùn bám trên màng (m-1) Rc: Trở lực do nghẹt lỗ màng (m-1)

Trong suốt quá trình vận hành nên sử dụng tốc độ lọc ổn định Tất cả trở lực trong công thức trên có thể được đo trong một loạt quá trình lọc như so sánh các quá trình lọc nước sạch, lọc bùn, và lọc nước sạch sau khi loại bỏ lớp bùn bám trên màng Tuy nhiên, trở lực còn phụ thuộc vào chế độ và kinh nghiệm vận hành, ví dụ như đặc trưng của bùn, vật liệu màng lọc và nhiệt độ

Hệ thống MBR thường hoạt động ở lưu lượng thấp và tốt hơn là dưới lưu lượng giới hạn đặc trưng cho mỗi loại màng khác nhau Trong hệ thống MBR, lưu lượng giới hạn thường được định nghĩa là lưu lượng cao nhất được lọc liên tục trong một khoảng thời gian dài nhất có thể Lưu lượng được xác định theo phương pháp mức lưu lượng, trong đó lưu lượng sẽ tăng từng bước số mức lưu lượng với thời gian cố định và sự gia tăng áp suất qua màng được ghi lại

18 ❖ Áp suất qua màng

Áp suất qua màng (TMP - Transmembrane Pressure) là lực truyền trong quá trình lọc và được đo bằng đồng hồ áp âm

Lưu lượng thấm qua màng và TMP có mối tương quan với nhau do chúng là dấu hiệu để nhận biết hiện tượng tắc nghẽn màng sau một khoảng thời gian hoạt động Lưu lượng thấm càng cao thì sẽ có sự nhanh chóng tích lũy những hạt trên bề mặt màng và hình thành lớp bùn, qua đó làm gia tăng TMP

❖ Lưu lượng khí cung cấp cho module màng

Khí cung cấp cho modul màng nhằm mục đích tạo ra sự xáo trộn trên bề mặt của màng và tăng khả năng chuyển động rối giữa các sợi màng làm giảm khả năng dính bám, lắng đọng của các chất trong bể sinh học lên trên bề mặt màng và bên trong lỗ màng

Lượng khí cấp cho modul màng có ảnh hưởng đến lưu lượng thấm qua màng và TMP nên cần duy trì lượng khí sao cho lưu lượng thấm qua màng và TMP được duy trì ở mức độ ổn định Hệ thống phân phối khí phải đồng đều, khí quá mạnh hay quá yếu đều cần tránh

1.2.5 Ứng dụng công nghệ MBR trên thế giới

Công nghệ MBR hiện nay được coi như là là công nghệ xử lý nước thải tiên tiến được nhiều nước phát triển và áp dụng rộng rãi trong vòng hai thập kỷ qua MBR là sự kết hợp giữa hai quá trình cơ bản trong một đơn nguyên: 1) Phân hủy sinh học chất hữu cơ; 2) Kỹ thuật tách sinh khối vi khuẩn bằng màng vi lọc (micro- filtration).Từ đó, sử dụng hệ thống MBR sẽ là sự lựa chọn tối ưu để thay thế công nghệ xử lý bùn hoạt tính truyền thống, kết hợp bể lắng, bể aeroten, bể lọc và màng lọc bằng một hệ thống dây chuyền đơn giản hơn trong xây dựng và vận hành

Nghiên cứu của Elif Atasoy và cộng sự sử dụng MBR xử lý nước thải sinh hoạt (2007), kết quả cho thấy hai hệ thống MBR quy mô thí điểm với thể tích hiệu dụng là 600L đã được vận hành trong thời gian 50 ngày với thời gian lưu nước (HRT) lần lượt là 18 và 36 giờ đối với nước xám và nước đen [21] Hiệu sm uất loại bỏ trung bình là 95% COD, 92% T-N và 99% TSS đối với nước xám và 96% COD, 89% T-N và 99% TSS đối với nước đen Coliform tổng số và phân không được phát hiện trong cả hai loại nước thấm qua Kết quả cho thấy chất lượng nước thải xám và đen được xử lý bằng

19 MBR tuân thủ các tiêu chí tái sử dụng quốc gia và quốc tế cho các mục đích sử dụng khác nhau

S Kitanou và cộng sự đã nghiên cứu về sử dụng Bể lọc sinh học bằng màng (MBR) và quá trình bùn hoạt tính trong xử lý nước thải sinh hoạt Ma-rốc Kết quả thu được từ nghiên cứu cho thấy việc sử dụng hệ thống MBR giúp xử lý nước thải và cho kết quả có chất lượng tốt hơn nhiều so với việc sử dụng bùn hoạt tính về tổng chất rắn lơ lửng (TSS), nhu cầu oxy sinh học trong 5 ngày (BOD5) và nhu cầu oxy hóa học (COD), tổng phốt pho (TP) và tổng nitơ (TN) Các thông số chất lượng nước thải khác cũng cho thấy sự khác biệt đáng kể giữa ASP và MBR [34] Nghiên cứu này đưa đến kết luận rằng trong trường hợp nước thải sinh hoạt, xử lý MBR mang lại chất lượng nước thải tuyệt vời

Trong thập kỷ 60s, ý tưởng cho sự kết hợp quá trình bùn hoạt tính với tách bằng màng đầu tiên được công bố bởi nghiên cứu được tiến hành tại Viện Bách Khoa Rensselaer, Troy, NewYork và Dor - Oliver, Tập đoàn Milfofd, Connecticut, Mỹ Bước đầu tiên của sự phát triển là sự thay thế các phương pháp xử lý bậc ba bằng màng vi lọc (MF - Microfiltration) và siêu lọc (UF - Ultrafiltration), đảm bảo hầu hết các vi khuẩn và virus tự do cùng với các chất rắn và các chất huyền phù trong nước thải dòng ra đều được loại bỏ Smith (1969) lần đầu tiên công bố việc sử dụng màng lọc để thay thế bể lắng trong dây chuyền xử lý nước thải bùn hoạt tính Hệ thống gồm có một bể sinh học có bùn hoạt tính ở dạng lơ lửng, kết hợp với bộ màng lọc đặt ngập trong bể nhằm tách hai pha rắn - lỏng ở đầu ra Vì thế, nồng độ bùn duy trì được rất cao, thời gian lưu bùn kéo dài để đạt hiệu quả tối ưu trong việc khử nitơ và ammonia

Mô hình lớn đầu tiên ở Mĩ được lắp đặt vào năm 1998 Hệ thống MBR màng cho xử lý nước thải từ các thành phần thực phẩm cho hãng Nestle được lắp đặt ở New Milford Họ áp dụng hệ thống MBR đã loại bỏ hơn 90% nitơ tổng số trong xử lý nước thải với nitơ tối đa và nồng độ COD vượt chuẩn lần lượt là 800 và 12.000mg/l Từ năm 1999 đến nay, hệ thống MBR đã chạy thành công, trải qua sửa đổi và nâng cấp khác nhau trong những năm qua Hệ thống MBR xử lý nước thải đã được ứng dụng rộng rãi ở Mỹ và ứng dụng đã đạt được hiệu quả như nhiều mong muốn Việc sử dụng MBR đã giảm hơn 98% BOD, giảm 84% COD [48]

20 Công nghệ xử lý nước thải sử dụng MBR còn có khả năng loại bỏ được các chất dinh dưỡng như nitơ trong nước thải với hiệu suất rất cao được 74% Nitơ tổng, loại bỏ 82% nitơ ammonia và loại bỏ được 97% phôtpho [26; 47]

Chính phủ Trung Quốc đã quyết định mở rộng công suất Nhà máy xử lý nước thải Beixiaohe từ 40.000 đến 100.000 m3/ngày đêm Hệ thống bao gồm một bể phản ứng sinh học màng (MBR), hệ thống xử lý nước thải để tái sử dụng trong khu vực trung tâm Olympic Village, đài phun nước và hồ Các kỹ sư đã chọn hệ thống MBR bởi vì diện tích công trình nhỏ hơn 60% so với công nghệ xử lý thông thường và phù hợp vớ không gian hiện có của nhà máy Hệ thống MBR chứa các bước xử lý sinh học và màng tế bào Hệ thống với 4864 màng, đây là một trong những hệ thống lớn nhất của loại hình này trên thế giới

Với những ưu việt và phát triển của công nghệ màng trong thời gian gần đây, MBR đã được nghiên cứu và ứng dụng khá rộng rãi trong xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm, thu được hiệu quả xử lý SS, loại bỏ COD và TN cao Cấu hình màng MBR đặt ngập dạng tấm trong nghiên cứu của Kubota (Nhật Bản) được công bố cho hiệu quả khả BOD và COD là 96%, lượng tăng sinh khối bùn 0,3 kg/kg BOD, chỉ bằng 40% so với hệ bùn hoạt tính truyền thống [40]

Hình 2 Biểu đồ phát triển công nghệ xử lý nước thải bằng MBR ở Châu Âu

21 Hiện nay trên thế giới thị phần MBR đang có xu hướng tăng nhanh Giá trị ước tính khoảng 337 triệu USD trong năm 2010, thị trường MBR toàn cầu đang tăng với tỉ lệ tăng trưởng tổng hợp hàng năm (CAGR) là 13,2%

Nhật Bản, Pháp và Anh Quốc là các quốc gia tiên phong trong việc phát triển công nghệ này nhưng trong những năm gần đây Hàn Quốc, Trung Quốc và Đức đã đạt được các thành tựu nổi bật trong việc cải tiến công nghệ

Các nghiên cứu ở các quy mô phòng thí nghiệm hay pilot hiện trường đã hỗ trợ cho việc thiết kế và vận hành các nhà máy xử lý thực tế Qua thực tế vận hành nhà máy xử lý nước thải tập trung ứng dụng công nghệ MBR cho thấy công nghệ này càng ngày càng hấp dẫn nhà đầu tư về mặt kinh tế do có kích thước nhỏ gọn (do đó giảm rất nhiều chi phí về mặt bằng sử dụng đất); và chất lượng nước sau khi xử lý rất cao có thể cải thiện chất lượng môi trường nguồn nước tiếp nhận hay tái sử dụng, hoặc đáp ứng yêu cầu tiền xử lý cho quá trình lọc RO hay Nano để cấp nước sinh hoạt

Bảng 4 Một số những công trình tiêu biểu áp dụng thành công công nghệ MBR trong

xử lý nước thải sinh hoạt và đô thị

Loại màng Cấu hình

màng Công suất Hiệu quả xử lý

Nước áp dụng

Màng gốm, UF

UF

Màng ống đặt ngoài

2.4 - 4.8 m3/ngày

HS xử lý COD >

Màng gốm, UF

Màng ống đặt ngoài

0.16 m3/ngày

HS xử lý COD >

Màng polymer, UF

Màng ống đặt ngoài

360 - 840 m3/ngày

COD sau xử lý < 12mg/l

Hà Lan Màng

polymer, UF

Màng sợi rỗng đặt ngập

<1.5 m3/ngày

COD sau xử lý <10mg/l

Nhật Bản

22 Màng

polymer, UF

Màng sợi rỗng đặt ngập

2.6 - 5 m3/ngày

HS xử lý COD > 96.5%

Canada/ Pháp Màng

polymer, UF

Màng sợi rỗng đặt ngập

1.4 - 3.8 m3/ngày

BOD5sau xử lý < 3mg/l

Mỹ Màng

polymer, UF

Màng sợi rỗng đặt ngập

6 – 9 m3/ngày

HS xử lý COD >

Do tình trạng cạn kiện nguồn nước cấp và nhu cầu cấp nước ngày càng tăng, do tăng trưởng dân số, việc tái sử dụng nước thải trở nên ngày càng cần thiết và quan trọng MBR hiện là công nghệ hàng đầu đang được áp dụng cho mục tiêu tái sử dụng nước ở nhiều quốc gia Do công nghệ được phát triển và cải tiến mạnh mẽ, cũng như giá thành giảm mạnh trong những năm gần đây, kéo theo việc ứng dụng công nghệ MBR cho việc tái sử dụng nước ngày càng phổ biến ở nhiều quốc gia

Việc lọc bùn hoạt tính đô thị là một ứng dụng lý tưởng để xử lý MBR Nghiên cứu được hoàn thành bởi Rosenberger và cộng sự, (2002) đã phát hiện ra rằng hệ thống MBR có thể được sử dụng để xử lý nước thải đô thị [40] Một MBR thí điểm của Zenon đã được vận hành trong 535 ngày để nghiên cứu các đặc tính xử lý của hệ thống Thiết bị thí điểm được trang bị ba ngăn để sục khí, lọc và khử nitrat, như trong Hình 5 Màng Zeeweed sợi rỗng có kích thước lỗ 0,2 chiều đã được sử dụng, với thời gian xả ngược 35 giây cứ sau 10 phút Cho phép TMP tối đa là 0,5 bar Nước thải thô có giá trị trung bình là 786 mg/L COD, 49 mg/L NH4-N, 12 mg/L PO4-P và MLVSS là 32% HRT thay đổi từ 10,4 đến 15,6 giờ, với tải trọng thể tích tương ứng từ 1,1 đến 1,7 kg COD/m3d Hệ thống MBR được cho là có thể loại bỏ 100% chất rắn lơ lửng, giảm 95% COD, 100% nitrat hóa và 82% khử nitrat Những kết quả này tương quan với các nghiên cứu thí điểm được hoàn thành bởi Cote và cộng sự, (1997) ở Indio, California và Maisons-Laffitte, Pháp Ngoài ra, đã tìm thấy 6 log loại bỏ tổng số tuân thủ và 4 log loại bỏ vi khuẩn [27]

23 Hình 3 Sơ đồ quy trình MBR xử lý thí điểm tại thành phố (Rosenberger và cộng sự,

2002) Scott và Smith (1996) đã nghiên cứu ứng dụng hệ thống MBR để xử lý chất thải sản xuất kem Mặc dù chi phí ban đầu cao hơn, màng gốm 0,2 chiều đã được sử dụng do tuổi thọ cao hơn và kinh nghiệm trước đây trong các ứng dụng công nghiệp [41] Màng gốm được sử dụng cho cả lọc và sục khí Dòng thải có hàm lượng COD từ 8000 - 10000 mg/L và BOD từ 2000 - 4000 mg/L ở nhiệt độ 22 – 320C Dòng chất thải có tỷ lệ BOD5:N:P là 1000:1:5 (so với tỷ lệ xử lý thông thường lý tưởng là 100:1:5) Khả năng loại bỏ COD nằm trong khoảng từ 83 đến 97% và khả năng loại bỏ BOD nằm trong khoảng từ 90 đến 98% tùy thuộc vào cấu hình hệ thống Một ưu điểm khác của hệ thống MBR là khả năng hệ thống duy trì độ pH ổn định ở mức 6 - 8, ngay cả khi nồng độ thức ăn trên 10 Điều này là do sự hiện diện của vi khuẩn axit lactic

1.2.6 Ứng dụng công nghệ MBR tại Việt Nam

Công nghệ XLNT ở Việt Nam hiện nay (bùn hoạt tính truyền thống, lọc sinh học, hồ sinh học,…) đã có nhiều kết quả tốt, đạt được mức độ xử lý yêu cầu nếu áp dụng nhiều cấp độ Tuy nhiên, các công nghệ này có một số nhược điểm như chất lượng nước đầu ra phụ thuộc chủ yếu vào quá trình lắng thứ cấp, trong khi hiệu quả lắng tại đây có

24 rất nhiều yếu tố ảnh hưởng như nồng độ bùn, tải trọng hữu cơ và tải trọng thủy lực đầu vào, nhiệt độ,… Mặt khác, để quá trình lắng diễn ra tốt, nồng độ bùn trong hệ bùn hoạt tính thấp, chỉ dao động 3-5 g/L và điều này giới hạn tải trọng hữu cơ trong bể aeroten, kích thước công trình lớn, chiếm nhiều diện tích đất và không còn phù hợp với các đô thị đang ngày càng đông dân cư hiện nay Vì vậy, cần phải có một công nghệ mới ưu việt hơn để thay thế là thực sự cần thiết, đảm bảo và nâng cao chất lượng xử lý, đồng thời hạn chế tỷ lệ chiếm đất, phù hợp với vốn đầu tư và trình độ vận hành của cán bộ quản lý

Trong những năm trở lại đây, một số nghiên cứu về ứng dụng MBR đã được thực hiện tại Việt Nam nhằm mục đích để xử lý nước thải công nghiệp, nước rỉ rác và cho những kết quả khả quan Nghiên cứu của Nguyễn Phước Dân (Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh) đã thành công trong việc thử nghiệm tại phòng thí nghiệm dây chuyền MBR để xử lý nước rỉ rác Hệ thống bể sinh học được thiết kế theo 2 kiểu như sau: kiểu đặt ngập màng MBR vào trong bể và kiểu đặt ngoài Với kiểu đặt ngập, màng MBR hoạt động bằng cách hút hoặc dùng áp lực; với kiểu đặt ngoài, màng MBR hoạt động theo nguyên tắc tuần hoàn lại bể phản ứng ở áp suất cao Theo đó, nước rỉ rác đi vào bể, chạy qua dòng tuần hoàn với 5 bước lọc, các chất cần tách sẽ được giữ lại, nước thải sau xử lý sẽ được xả ra ngoài Được biết, hiệu suất của việc lọc nitơ và ammoni theo phương pháp này lên đến 85%

Hồ Biển Bạch ở thành phố Ninh Bình là một hồ chứa nước được sử dụng để điều tiết dòng nước mưa và tiếp nhận một phần nước thải từ khu vực dân cư xung quanh Để xử lý ô nhiễm trong hồ này, công nghệ MBR (Membrane Bioreactor) được áp dụng Hồ Biển Bạch, giống như nhiều hồ đô thị khác, đang trải qua tình trạng quá tải và lão hóa do thiếu cơ sở hạ tầng môi trường và phải đối mặt với lượng chất thải định kỳ từ các khu vực dân cư xung quanh, gây ra sự ô nhiễm và giảm chất lượng nước Áp dụng công nghệ MBR là một phương pháp cải thiện để xử lý vấn đề ô nhiễm trong hồ này, giúp cải thiện chất lượng nước và bảo vệ môi trường nước trong khu vực Qua quá trình vận hành thử nghiệm, lấy mẫu phân tích chất lượng nước đầu ra cho thấy, các chỉ tiêu như BOD5, COD, NH3, Coliform đều đạt QCVN 14: 2008/BTNMT loại A

25 Nghiên cứu của Đỗ Khắc Uẩn và cộng sự (2010) cho kết quả dựa vào các cân bằng khối lượng đối với cơ chất và sinh khối, nghiên cứu đã thiết lập được phương trình tính sản lượng bùn dư trong hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng [2] Nghiên cứu này tiến hành thiết lập phương trình động học xác định sản lượng bùn dư trong hệ thống sinh học kết hợp lọc màng khi áp dụng cho xử lý nước thải đô thị Dựa vào phương trình này để đánh giá ảnh hưởng của hệ số sản lượng sinh khối, thời gian lưu của bùn, hệ số phân hủy nội bào, và thời gian lưu thủy lực đến sản lượng bùn dư

Tại thành phố Hồ Chí Minh, công ty cổ phần Môi Trường GreenTech đã ứng dụng thành công công nghệ màng sợi rỗng nhúng chìm (Hollow Fiber MBR) của hãng Mitsubishi Rayon để xử lý nước thải sinh hoạt khách sạn Caravelle công suất 350m3/ngày, khu dân cư Thành Phố Xanh công suất 150m3/ngày, nhà máy Kyoshin công suất 250m3/ngày; nước thải y tế bệnh viện đa khoa Hoàn Mỹ công suất 275m3/ngày; nước thải chế biến thuỷ sản khu thương mại Bình Điền công suất 1000m3/ngày; nước thải dệt nhuộm công ty Quốc Tế Phong Phú công suất 1000m3/ngày; nước thải khu công nghiệp Phan Thiết - Bình Thuận công suất 1000m3/ngày

Nghiên cứu của Nguyễn Minh Kỳ và cộng sự về xử lý nước thải dân cư bằng công nghệ màng lọc sinh học MBR (2017) cho kết quả khi MBR gia tăng hiệu quả xử lý nước thải so với phương pháp truyền thống Hiệu quả xử lý trung bình TSS, B OD5, COD, TN, TP tương ứng lần lượt 89,4; 94,6; 92,6; 64,6 và 79,2% [8] Nhìn chung, công nghệ màng lọc có thể áp dụng để xử lý nguồn nước thải có tải lượng chất hữu cơ cao và là giải pháp hữu hiệu bảo vệ môi trường bền vững

1.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải bằng hệ thống MBR

Công nghệ MBR trong thời gian qua được ứng dụng khá phổ biến trong xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp Là công nghệ hiện đại, MBR áp dụng thành công cho nhiều nguồn thải khác nhau với mục đích kiểm soát chất ô nhiễm

Trong bể phản ứng MBR bao gồm các yếu tố ảnh hưởng như: + Oxy hòa tan (DO) đảm bảo hoạt động sống của sinh vật, thúc đẩy quá trinhg sinh hóa và giảm thiểu các tác nhân ô nhiễm

+ MLSS thì phân hủy hợp chất hữu cơ

26 + Thời gian lưu thủy lực (HRT) tác động đến tải trọng và dung tích của bể

1.3.1 Thời gian lưu thủy lực

Thời gian lưu nước hoặc HRT của một bể hiếu khí là lượng thời gian tính bằng giờ của nước thải chảy vào bể hiếu khí Thay đổi thời gian lưu nước có khả năng làm ảnh hưởng đến hoạt động sinh học Ví dụ như, việc làm giảm thời gian lưu gây bất lợi cho quá trình nitrat hóa của vi sinh và sự hòa tan của các chất BOD và chất nhờn BOD Sự giảm HRT cũng cho phép xả thải nhiều BOD vào nguồn nước nhận Gia tăng HRT có khuynh hướng giúp cho quá trình nitrat hóa sinh học và hòa tan các chất BOD và chất nhờn BOD Sự gia tăng HRT cũng cho phép xả thải ít BOD vào nguồn nước nhận

HRT của một bể hiếu khí được xác định bằng cách lấy thể tích bể hiếu khí (m3) chia cho lưu lượng dòng chảy qua bể hiếu khí Đơn vị lưu lượng dòng chảy vào bể hiếu khí tính bằng (m3/h)

HRT (giờ) = (thể tích bể hiếu khí, m3) / (lưu lượng dòng chảy, m3/h) 1.3.2 Mixed liquor suspended solids (MLSS)

MLSS - Mixed liquor suspenđe solids là hỗn hợp chất rắn lơ lửng, thể hiện nồng độ chất rắn lơ lửng trong bể sục khí MLSS là một chỉ số quan trọng nhất của bùn hoạt tính trong bể xử lý Thông qua MLSS có thể đánh giá được lượng bùn có khả năng đủ sinh khối hoạt động để xử lý hết lượng chất hữu cơ ô nhiễm có trong nước thải Hay nói cách khác, MLSS là tỷ lệ thức ăn cho hệ sinh khối F/M

Xác định MLSS nhằm tính toán sinh khối cần thiết để tiêu thụ toàn bộ các chất ô nhiễm ở mức độ tốt nhất trong các phương pháp xử lý nước thải

MLSS quá cao hay quá thấp đều ảnh hưởng không tốt đến quá trình xử lý trong nước thải

Khi chỉ số MLSS trong nước quá cao

▪ Khi MLSS quá cao hay hàm lượng chất rắn lơ lửng quá cao Điều đó dẫn đến lượng bùn hoạt tính cao hơn so mức quy định Hệ thống dễ trở nên quá tải và tràn lượng bùn qua bể xử lý tiếp theo

▪ Khi MLSS quá cao cũng đồng nghĩa lượng vi sinh vật trong bể quá nhiểu Nên lượng oxy hòa tan giảm xuống kéo theo quá trình nitrat hóa giảm Khả năng ổn định của bùn cũng giảm

27

▪ Quá trình sục khí cần thực hiện cao Điều đó gây nên tình trạng lãng phí năng lượng và sẽ hình thành lớp bọt trên bề mặt

Khi chỉ số MLSS trong nước quá thấp

▪ Quá trình xử lý thiếu bùn hoạt dẫn đến quá trình xử lý không đạt hiệu quả, không xử lý hết các chất hữu cơ có trong nước

▪ Thời gian lưu bùn thấp, không đảm bảo thời gian để Nitrat hóa

Các khoảng giá trị MLSS:

▪ 2500 – 3500 mg/L : Khoảng giá trị MLSS tốt, cần duy trì

▪ < 2500 mg/L : Giảm lượng bùn hoạt tính dư rút ra khỏi bể hiếu khí (giảm thời gian bơm bùn dư)

▪ > 3500 mg/L : Tăng lượng bùn hoạt tính dư rút ra khỏi bể hiếu khí (tăng thời gian bơm bùn dư)

Trong một số trường hợp có thể duy trì >15000 mg/l đối với trường hợp sử dụng màng lọc sinh học MBR

Phương pháp xác định MLSS

Quá trình xác định MLSS trong nước thải được thực hiện qua các bước như sau: Bước 1: Sấy giấy lọc ở nhiệt độ 105 độ C trong khoảng thời gian là 1 đến 2 tiếng Bước 2 : Cân, xác định khối lượng A (g) của giấy lọc

Bước 3: Lấy 1 lít nước thải trong bể hiếu khí rồi lọc qua giấy lọc để thu bùn có trong nước thải

Bước 4: Cầm giấy lọc có chứa bùn trong nước thải đi sấy ở nhiệt độ 105oC trong thời gian từ 2 đến 3 tiếng

Bước 5: Hấp mẫu giấy vừa sấy trong thời gian 30 phút Bước 6: Đem mẫu giấy chứa bùn này đi cân sẽ có được chỉ số B (g)

MLSS = (B – A) x 100/Vmẫu (mg/L)

Trong đó: MLSS: tổng khối lượng bùn hoạt tính (mg/L) B: trọng lượng mẫu giấy có sinh khối (g) A: trọng lượng mẫu giấy không có sinh khối (g) Vmẫu: thể tích mẫu (mL)

28

1.3.3 Độ oxy hòa tan DO

Trong quá trình vận hành bể phản ứng MBR, nồng độ oxy hòa tan DO có vai trò quan trọng cung cấp dưỡng khí để vi sinh vật oxy hóa cơ chất

DO là nồng độ oxi trong hệ, có vai trò cung cấp khí cho VSV sinh trưởng DO ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình xử lý BOD5, COD, TSS, TN, TP

1.3.4 pH và nhiệt độ

- Giá trị pH là phép đo hoạt động của các ion hydro (H +, axit) và hydroxyl (OH-, bazơ) tự do trong nước thải pH trong nước thải là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu quả của xử lý sinh học, vi khuẩn trong bể hiếu khí và bể kỵ khí pH được đo trên thang điểm từ 0 đến 14 pH trong nước thải cho phép theo quy chuẩn nước thải sinh hoạt là từ 6 – 9

- Giá trị pH lý tưởng cho các vi sinh hiếu khí và vi sinh kỵ khí hoạt động là từ 7-8

- Hệ MBR chỉ hoạt động ổn định ở khoảng pH trung hòa MBR hiếu khí hoạt động ở nhiệt độ từ 20 – 300C, MBR kị khí vận hành ở nhiệt độ 30 - 40 oC Khi tăng nhiệt độ ảnh hưởng đến quá trình xử lý chất hữu cơ, nhiệt độ cao ảnh hưởng đến quá trình lọc, giảm năng suất lọc

29

CHƯƠNG 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 Đối tượng, phạm vi và nội dung nghiên cứu

2.1.1 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng của nghiên cứu là nước thải sinh hoạt phát sinh tại công ty TNHH Song Tinh, Vĩnh Phúc

Phạm vi: Hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt lưu lượng 5m3/ngày tại công ty TNHH Song Tinh, Vĩnh Phúc

Hình 4 Nước thải sinh hoạt tại công ty TNHH Song Tinh, Vĩnh Phúc a) Nước đen (nước thải từ Lavabo,

bệ rửa, bệ xí)

b) Nước xám (nước thải nhà bếp, nước giặt, nước thoát sàn)

2.1.2 Nội dung nghiên cứu

+ Tổng quan tình hình phát sinh nước thải sinh hoạt công ty (bao gồm: mặt bằng sản xuất, lưu lượng nước thải, thành phần và tính chất nước thải,…)

+ Tính toán, thiết kế hệ thống xử lý nước thải (các bể xử lý, hệ MBR) + Vận hành thử nghiệm, đánh giá hiệu quả xử lý nước thải trong quá trình vận hành và sau thử nghiệm

2.2.2 Phương pháp điều tra, khảo sát thực địa

Khảo sát thực tế hiện trạng hoạt động của công ty, công nghệ xử lý đang áp dụng

Trao đổi với cán bộ thiết kế, công ty lắp đặt vận hành hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt

Đồng thời, chụp ảnh hiện trạng một số hạng mục trong hệ thống xử lý nước thải của Công ty

2.2.3 Phương pháp lấy mẫu, bảo quản mẫu

Mẫu nước thải đầu vào của công ty được lấy, phân tích trong phòng thí nghiệm của đơn vị thầu và bảo quản theo đúng Tiêu chuẩn quốc gia TCVN Cụ thể quy trình lấy mẫu và bảo quản mẫu được áp dụng theo: TCVN 6663-14:2018 (ISO 5667-14:2014) và TCVN 6663-3:2016 (ISO 5667-3:2012) Thời điểm lấy mẫu vào buổi sáng, các công nhân trong nhà máy hoạt động và sinh hoạt bình thường Chi tiết thời gian lấy mẫu theo các ngày trong phụ lục 1,2,3

Bảng 5 Vị trí và tần suất lấy mẫu

Chỉ tiêu Đầu vào Trong bể MBR Đầu ra MBR hệ thống Đầu ra Tần suất

ngưỡng giới hạn cho phép

31

Chỉ tiêu Đầu vào Trong bể MBR Đầu ra MBR hệ thống Đầu ra Tần suất

2.2.4 Phương pháp phân tích các thông số trong nước thải

Chất lượng nước thải đầu vào được phân tích trong phòng thí nghiệm, các chỉ tiêu

đo đạc phân tích bao gồm các thông số: pH, BOD5, tổng chất rắn lơ lửng, tổng chất rắn hòa tan, phosphat, sunfua, amoni, nitrat, dầu mỡ động thực vật, coliform, tổng các chất hoạt động bề mặt

Bảng 6 Phương pháp phân tích mẫu nước thải

Ghi chú: Bộ các chỉ tiêu này lấy theo QCVN 14:2008/BTNMT Quy chuẩn kỹ

thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt

Quy chuẩn so sánh: QCVN 14:2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia

nước thải sinh hoạt cột A

Bảng 7 Thông số Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN

14:2008/BTNMT

32 - Cột A quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối

đa cho phép trong nước thải sinh hoạt khi thải vào các nguồn nước được dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (có chất lượng nước tương đương cột A1 và A2 của Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt)

- Cột B quy định giá trị C của các thông số ô nhiễm làm cơ sở tính toán giá trị tối đa cho phép trong nước thải sinh hoạt khi thải vào các nguồn nước không dùng cho mục đích cấp nước sinh hoạt (có chất lượng nước tương đương cột B1 và B2 của Quy chuẩn

kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt hoặc vùng nước biển ven bờ)

2.2.5 Phương pháp phân tích số liệu, tính toán và thiết kế hệ thống xử lý