Luận văn thạc sĩ Công nghệ môi trường: Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý phenol trên mô hình MBR

Các phương pháp loại bỏ phenol đã được nghiên cứu nhiều: hấp phụ bang than hoạt tính Buitron và công sự, 2001Ì, quá trình bùn hoạt tính SBR kết hợp với than hoạt tính Vininthanthrat,1999

M4 ma

—

BK

PHAN NGỌC THỦY TIÊN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUA XU LÝ PHENOL

TREN MÔ HÌNH MBR

CHUYEN NGANH: CONG NGHỆ MOI TRƯỜNGMA SO : 608506

LUAN VAN THAC SI

TP HO CHI MINH, thang 9 nim 2014

M4 mm.

BK

PHAN NGỌC THỦY TIÊN

NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUA XU LÝ PHENOL

TREN MÔ HÌNH MBR

CHUYEN NGANH: CONG NGHỆ MOI TRƯỜNGMA SO : 608506

LUAN VAN THAC SI

TP HO CHi MINH, thang 9 nim 2014

CONG TRINH DUOC HOÀN THÀNH TẠI

TRUONG DAI HOC BACH KHOA —- ĐHQG —- HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học : TS Lê Hoàng Nghiêm

Cán bộ chấm nhận xét 1 : Lê Đức Trung

Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS Lê Công Nhất Phương

Luan văn Thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Dai Học Bách Khoa, DHQG,Tp.HCM ngày 30 thang 07 năm 2014.

Thanh phan hội đồng đánh giá luận văn gồm :1 PGS.TS Dinh Xuân Thang (CT)

2 TS Lé Duc Trung (PB1)

3.TS Lé Céng Nhat Phuong (PB2)

4 TS Hoang Nguyễn Khánh Linh (TK)

5 TS Lê Hoang Nghiêm (UV)

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và trưởng khoa quan lýchuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng khoa quản lý chuyên ngành

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP.HCM CONG HÒA XA HOI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập- Tự do- Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ

Họ tên học viên: PHAN NGỌC THỦY TIÊN MSHV: 12250627Ngày, thang, nam sinh: 13/03/1986 Noi sinh: DONG NAIChuyên ngành: CÔNG NGHỆ MOI TRUONG = Ma số: 608506

I TÊN DE TÀI: NGHIÊN CUU DANH GIA HIỆU QUA XỬ LY PHENOLTREN MO HINH MBR

II NHIỆM VU VA NOI DUNG: Đánh giá hiệu qua xử lý phenol thông qua

quá trình vận hành mô hình MBR

II NGÀY GIAO NHIỆM VU: 24/06/2013

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VU: 15/07/2014V CAN BO HƯỚNG DAN: TS Lé Hoang Nghiém

Tp HCM, ngay thang nam 2014

CAN BO HUONG DAN CHU NHIEM BO MON DAO TAO

(Họ tên va chữ ky) (Họ tên và chữ ký)

TRUONG KHOA

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CÁM ƠNTrong thời gian hoàn thành luận văn Tôi nhận được rất nhiều sự quantâm, hướng dẫn, chỉ bảo nhiệt tình từ các Thay Cô, các anh chi, bạn bè và gia

đình.

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thay TS Lê Hoàng Nghiêm,Thây đã truyền đạt những kiến thức, kinh nghiệm thực tiễn quý báu và tạomọi điều kiện thuận lợi Tôi có thể hoàn thành bài báo cáo luận văn tốt nghiệp

này.

Xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các Thay Cô trong khoa Môi Trường —Trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM đã tận tình truyền đạt những kiến thức Tôitrong suốt quá trình hoc tập và nghiên cứu tại trường Mỗi Thay, Cô luôn làtắm gương sáng cho Tôi sống - học tập - lao động theo

Xin cảm ơn các anh, chị Viện Công Nghệ Hóa Học, Trung Tâm Công

Nghệ Môi Trường tại Tp.HCM đã giúp đỡ Tôi rất nhiều trong thời gian thực

hiện bài báo cáo này.

xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cha, mẹ, các anh, các chị luôn là hậuphương vững chắc, nguồn động viên lớn cho con hôm nay-ngay mai và tương

lai.

Xin cảm ơn những người bạn đã cùng Tôi học tập, chia sẻ niềm vui nỗi

buôn dưới mái trường thân yêu này.

Tp Hồ Chí Minh, ngày 15 tháng 7 năm 2014

Phan Ngọc Thủy Tiên

TÓM TAT LUẬN VĂN

Phenol hiện diện trong nước thải từ nhiều nguén khác nhau: côngnghiệp hóa dầu, lọc dầu và một số ngành công nghiệp dược phẩm, hóa học.Sự gia tăng nông độ phenol trong nước thai đầu ra rất nguy hiểm và độc đốivới môi trường Do đó việc xử lý các nguôồn nước thải công nghiệp có phenollà rất cần thiết Công nghệ màng đã trở thành công nghệ quan trọng trong xử

lý nước và nước thải.

Trong nghiên cứu này, bể sinh học màng được ứng dụng để xử lýphenol ở nông độ 200mg/L với các tải trọng hữu cơ 0,5; 1,5; 2 và 2,5kgCOD/ mỶ ngày tương ứng với thời gian lưu nước (HRT) lần lượt: 22.5: 7.5:5.5: 4,5 giờ Kết quả thực nghiệm cho thấy, trong giai đoạn thích nghi với tảitrọng 0,5 kgCOD/ m ngày, HRT= 22,5 giờ thì hiệu quả xử lý COD dat

73,84% và Phenol đạt 81,56% Hiệu qua xử lý cao nhất dat 99.25% và

99 99% đối với COD và Phenol ở tải trọng 2.5 kgCOD/m”.ngày sau 140 ngàyvận hành và thời điểm này vi sinh vật đã thích nghi với môi trường Tuynhiên, kết quả cũng cho thay sự ảnh hưởng của phenol ở nồng độ 200 mg/Lđã hạn chế quá trình nitrate hóa, dẫn đến khả năng loại bỏ N-NH¿” cao nhấtchỉ đạt 75,48% Các thành phan trở lực của hệ thống cũng được xác định.Trong đó trở lực do lớp bùn chiếm 62%, trở lực bản thân màng: 24%, trở lực

do lớp gel: 14%.

Phenol presents in many wastewater sources such as petrochemicalindustries, petroleum refineries, chemical and pharmaceutical industries Theincreasing concentration of phenol in effluent shows a significantenvironmental toxicity hazard Therefore, the treatment of industrialwastewater containing concentrated phenol is obligatory MembraneBioreactor has become vital technology in wastewater and water treatment.

In this study, membrane bioreactor systems is used for phenol treatmentwith the concentration of 200mg/L under different organic loading rates: 0,5;

1,5; 2 and 2,5 kgCOD/ m” day corresponding with the different hydraulic

retention time (HRT): 22,5; 7,5; 5,5; 4,5 hours The experimental resultsshowed that during the adaptation stage, the organic loading of 0,5 kgCOD/

m” day (HRT= 22.5 hours) gave the treatment efficiency of 73,84% as COD

and 81,56% as Phenol The maximum treatment efficiency of COD andPhenol were 99,25% and 99,99% respectively at the organic loading of 2,5

kgCOD/m”.day after 140 day of system operation and microorganisms adapt

with the environment However, the result also shows that the phenolconcentration of 200 mg/L inhibits the nitrification process, the maximumremoval of N-NH¿” is 75,48% The components of membrane resistance isalso measured such as the resistance of sludge is 62%, the resistance ofmembrane is 24% and the resistance of gel-layer 14%.

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên học viên: Phan Ngoc Thủy liên MSHV: 12250627Ngày tháng năm sinh: 13/03/1986 Giới tính: Nữ

Nơi Sinh: Đông Nai

Chuyên ngành: Công nghệ Môi Trường MS: 60 85 06

Tên dé tài: Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử ly phenol trên mô hình MBRNgày bắt đầu nhận đề tài: 24/6/2013

Ngày hoàn thành: 15/07/2014

Cán bộ hướng dẫn: TS Lê Hoàng Nghiêm

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của Tôi Những số liệu vàkết quả được nêu trong luận văn chưa được ai công bố dưới bất kỳ hình thức

nào Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước nhà trường vê sự cam đoan này.

Tp.HCM, ngày 15 thang 7 năm 2014

Phan Ngọc Thủy Tiên

DANH MỤC CÁC TỪ VIET TAT

MBR Bề phan ứng sinh học màng (Membrane Bioreactor)

ASP Quá trình bùn hoạt tinh (Activated Sludge Process)

COD Nhu cau oxy hoá hoc (Chemical Oxygen Demand)TOC Tổng cacbon hữu co (Total organic cacbon)

EPS Hop chat polymer ngoai bao (Extracell polymeric substances)MLSS Hàm lượng chat ran lơ lửng (Mixed Liquor Suspended Solids)MLVSS Ham luong chat ran bay hoi (Mixed Liquor Volatile Suspended

Solids)DO Oxy hoa tan (Dissolved Oxygen)

OLR Tải lượng chất hữu co (Organic loading rate)

HRT Thời gian lưu nước thuỷ luc (Hydraulic Retention Time)SRT Thời gian lưu bùn (Sludge retention time)

SVI Thể tích lang của bùn (Sludge volume index)F/M Ty số thức ăn trên vi sinh vat (Food to microorganism ratio)TMP Ap suat chuyén mang (Trans- Membrane Pressure)

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Cơ chế phân hủy sinh học hiếu khí của phenol (Lipthay et al, 1999) 22

Hình 2.2 Phân loại mang lọc (Judd and Jefferson, 2003) - - - 23

Hình 2.3 Lọc vuông góc và lọc xuôi dòng -. - -« «cv se 24Hình 2.4 Hai chế độ hoạt động của công nghệ sinh học màng 25

Hình 2.5 Các giai đoạn ban màng — Zhang và cộng sự (2006) - 30

Hình 2.6 Các yêu tổ ban màng (Chang và cộng sự 2002) - - 5<: 31Hình 3.1 Khao sát tốc độ bay hoi của phenol ở nông độ 100 và 300 mg/L 35

Hình 3.2 Module mang sợi rỗng Motimo - 55525 + +2 * + c+seeceeeeeeeeee 36Hình 3.3 Lay bùn tại nhà máy xử lý nước thải tập trung khu công nghiệp TânBS hhhhiađiiadddẳẳẳẳẳẳẳiiiáiẳiẳäẳ -Ò 37Hình 3.4 Sơ đỗ nội dung nghiên cứu 2 2+ 52+ +22 s22 ££+eE+zeE+zeeseeezeereee 38Hình 3.5 Kích thước bề MBR thiện 39Hình 3.6 Sơ đỗ nguyên tac hoạt động của mô hình: - -«+ <: 40Hình 4.1 Nông độ MLSS, MLVSS và tỷ lệ MLVSS/MLSS ở các giai đoạn vậnDANN 0-4 48

Hình 4.2 Bông bùn trong bể MBR quan sát ở vật kính X 40 49

Hình 4.3 Nồng độ COD đầu vào ra và hiệu quả xử lý trong các giai đoạn 51

Hình 4.4 Nồng độ COD đầu ra trong các giai đoạn ở TN2, TN3 và TN4 52

Hình 4.5 Nồng độ phenol đâu vào ra và hiệu quả xử lý trong các giai đoạn 54

Hình 4.6 Nông độ phenol dau ra trong TN2, TN3 và TN4 55

Hình 4.7 Nồng độ N-NH,* đầu vào, ra và hiệu quả xử lý trong các giai đoạn 57Hình 4.8 Nồng độ N-NOz và N-NO; đầu ra trong các giai đoạn 59

Hình 4.9 Nồng độ dau vào ra và khả năng tiêu thụ P-PO, trong các giai đoạn 61Hình 4.10 Sự thay đôi áp suất chuyên màng theo thời gian 62

Hình 4.11 Phương trình tuyến tính đối với trở lực màng tổng 64

Hình 4.12 Phương trình tuyến tính đối với trở lực lớp keo + trở lực màng 64

Hình 4.13 Phương trình tuyến tính đối với trở lực bản thân màng 65

Hình 4.14 Tỷ lệ phan trăm các thành phan trở lực màng - 66

Hình 4.15 Module màng trước và sau khi kết thúc quá trình vận hành 66

DANH MỤC BANG BIEU

Bảng 2.1: Nong độ phenol trong nước thải các ngành công nghiệp 16

Bảng 2.2 Những thuận lợi và bat lợi của việc đặt ngập và đặt màng ngoài bểphản Ứng - cọ TT TT cu ch 26Bang 2.4 So sánh bùn hoạt tính thông thường (AS) và trong MBR 28

Bang 2.5 Bun sinh ra trong các quá trình xử lý khác nhau 29

Bảng 3.1 Thành phan tính chất nước thải vỉa dau - -<: 33Bang 3.2 Thành phan nước thải tong hợp sử dụng trong nghiên cứu 34

Bảng 3.3 Thành phần ô nhiễm trong nước thải tổng hợp sử dụng trongnghiÊn CỨU - - c <9 TT ch ch c 34Bảng 3.4 Thông số module màng ¿+ 52 22 +22 * +2 E+*E£2E£zE£seereeeeeersed 36Bảng 3.5 Kích thước của từng bể phản ứng ¿ << 5< + << csxccsd 39Bang 3.6 Hoá chất thường sử dụng rửa màng - 5+ ++<++<++<<css2 42Bảng 3.7 Vị trí và tần suất lẫy mẫu 2c S2 SE ve creei 42Bang 3.8 Các phương pháp phân tích mẫu 2< + +2 <££+2<£<+zs££+4 43Bang 3.9 Các chỉ tiêu QCVN 40:2011/BTNMT -. - S2 45Bảng 4.1 Mối quan hệ giữa Phenol và TOC ở các điểm khác nhau 46

Bảng 4.2 Giá trị trung bình các thông số MLSS, MLVSS, LVSS/MLSS quaCAC Gial Coan VAN HANH 000nnn 47

Bảng 4.3 Chỉ số SVI trong bể MBR qua các giai đoạn vận hành 49

Bảng 4.4 Nông độ COD trung bình trong các giai đoạn vận hành 50

Bảng 4.5 Nông độ phenol trong các giai đoạn vận hành 53

Bang 4.6 Nông độ N-NH¿† trong các giai đoạn vận hành - 57

Bảng 4.7 Nong độ P-PO, ” trung bình trong các giai đoạn vận hành 60

Bang 4.8 Số liệu tổng hợp đo trở lực màng ¿5+ 2< +22 +22 £zzecs2 63Bang 4.9 Giá trị thành phan các trở lực sau quá trình vận hành 140 ngày 65

MỤC LUC

CHƯƠNG 1 GIỚI THHIỆU <5 < << 5 SE 5< 5£ s5 £ee#s se 131.1 ĐẶT VAN ĐẼ SH ng tk kg krra 131.2 MỤC TIEU VA NỘI DUNG NGHIÊN CỨU << £<+s x2 141.2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài - 2c ccccccccccecee 141.2.2 Những nội dung cần nghiên cứu - . + 2+ ++s++<+<<sczsc+: 141.3 PHAM VI — GIỚI HAN CUA DE TÀI 5c + E2 ££ssex2 141.4 MO HÌNH THUC HIEN -G C11191 119115 k kg ke kg 141.5 Ý NGHĨA VÀ TÍNH MỚI CUA DE TÀI scccecscseseseee 14

CHƯƠNG 2 TONG QUAN TÀI LIEU 5< 5< «5< «s2 se =ss 16

2.1 Tổng quan về phenol 52+ 2+2 E221 311211281221 11211 511cc 162.1.1 Nguồn gốc ơ nhiễm phenol trong nước -s+ <<: 16

2.1.2 Độc tính của phenỌ - - «ch nh che 17

2.2 Tổng quan các phương pháp xử lý phenol trong nước - 192.2.1 Hap phụ bằng than hoạt tính + 55 2c 2< csxcsecseees 19

2.2.2 Phương pháp bùn hoạt tính - S1 1xx 19

2.2.3 Xử lý bang các tác nhân oxy hĩa mạnh -«-+s+ <<: 192.2.4 Xử lý bằng phương pháp oxi hĩa điện hĩa - 5: eee 202.2.5 Một số nghiên cứu xử lý phenoll 5 55+ 52+ c+sc+sxczxczscss 202.3 Cơ chế phân hủy phenol trong quá trình sinh học hiếu khí 212.4 Tổng quan về cơng nghệ màng MBR (MEMBRANE BIOREACTOR)

¬ .-3⁄Ÿ 22

2.4.1 Tổng quan về màng (membrane) +5 55+ 52s ++s£+sx+zxczscss 222.4.2 Tổng quan về bể sinh học màng - 5 55+ 52+ << c2 xe: 24

2.4.3 Hiện tượng ban màng - 2 ces +21 2211531251 251 511251 1E EzxErd 29CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - 5-5 «s2 << <s 33

3.1 Vật liệu nghiÊn CỨU - - - - HQ SỰ nh KÝ xe 333.1.1 Nước thải sử dụng trong nghiÊn CỨU - «<< << eens 333.1.2 Màng - - c1 19 r 353.1.3 Vi SIMA Vat ae 363.2 Nội dung nghiÊn CUU 20.0 eeeceeeceeeceeeceneeeeeeeeeeeeeeeeseueeeseeeeees 373.3 Mơ hình nghién CWu ee eeseeeseceneceeeceeeceeeceeseeeseeeseeeeeseuceeseeeeees 38

3.3.1 Cau tạo mơ hình e cece ccecccceeccccencecsecccseseceetseceetseceeteceetseeeeeeeees 383.3.2 Nguyên tắc hoạt động-vận hành mơ hình - - 5: 403.4 Lay mẫu va phân tích - 5+2 + SE +2* E22 E+2E£2EE+eEeeEezkerkereeree 42BAL LAY MAU 42

3.4.2 Phương pháp phân tích - - - - Ă Ă sS 1 S1 111 111 111 x11 x2 433.4.3 Phương pháp xác định trở lực màng - <<<<<<<<<s 44

3.4.4 Phương pháp xử lý số liệu ¿E52 < 221 211221 22123 22x c2 44

3.4.5 Phương pháp so sánh đánh giá -. - << SSSSS +1 S*2 44

CHƯƠNG 4 KET QUÁ VÀ THẢO LUẬN - 5- «5s se eeseese 464.1 Kết quả khảo sát tốc độ bay hơi của phenol - + -< << + <<: 46

4.2 Hiệu quả xử lý ở các tải fFỌINE co S nh nh che 46

4.2.1 Đặc điểm của bùn hoạt tính trong bể MBR cc ca 46

4.2.2 Hiệu quả xử lý COID Q- HH nh ch 504.2.3 Hiệu qua xử lý PhenoÏ - c5 Ăn 1S v rh 534.2.4 Quá trình loại bỏ N- NHẠ” 2233333135651 xrres 564.2.5 Quá trình loại bỏ Photpho - GHI SY va 60

4.2.6 Đặc tinh ban màng - 2E 2111211151 E511 25111511511 151 131 ezxrd 61

CHUONG 5 KET LUẬN VA KIÊN NGHỊ, 2 5 5= œ< s se 67

5.1 KẾT LUẬN G011 9311953111951 1101119111 k 1E kg kg krrở 675.2 KIÊN NGHỊ G C11 9011991111951 1191119111 k ng kE ng kg krrở 67

SAN PHAM CONG BO) 017 69

TÀI LIEU THAM KH ẢCO - << < s5 5 s9 sex 70

310800900525 76

CHƯƠNG 1

GIỚI THIEU

1.1 ĐẶT VAN DEPhenol có mặt trong nước thai của quá trình sản xuất nhựaphenolphomandehit, dược phẩm, thuốc trừ sâu, công nghiệp dệt, công nghiệplọc hóa dau Trong tự nhiên, nó hiện diện chủ yếu dưới dạng than đá và dầuthô và từ sự phân hủy tự nhiên các hợp chất hữu cơ Hầu hết các hợp chấtphenol khi được thải rửa từ các nhà máy đều đi vào môi trường nước Chúngkhông những gây ô nhiễm môi trường sinh thái mà còn gây hại đến conngười và các loài thủy sinh ngay cả ở nông độ rất thấp (wg/L) va còn là tácnhân tiềm an gây ung thư (J.Mohan và cộng sự, 2004; J.Iniesta và cộng sự2001)!°”Ì Trong nước thải công nghiệp, điển hình nước thải từ các nhà máylọc-hóa dầu nông độ phenol từ 500-10.000 mg/l (Fadorate and Hrudrey,1988)!! Do đó, phenol cần được loại bỏ khỏi dòng thải công nghiệp trước

khi thải ra môi trường tự nhiên Các phương pháp loại bỏ phenol đã được

nghiên cứu nhiều: hấp phụ bang than hoạt tính (Buitron và công sự, 2001)Ì,

quá trình bùn hoạt tính SBR kết hợp với than hoạt tính (Vininthanthrat,1999)"! Tuy nhiên các phương pháp này không đáp ứng yêu cầu nông độ xả

thải và gặp khó khăn trong quá trình vận hành: bùn phát sinh không có khả

năng kết tụ và lang, sự ức chế vi sinh vat do ảnh hưởng của nông độ phenol

Các quá trình oxi hóa điện hóa loại bỏ phenol trên các loại điện cực khácnhau cũng đã được nghiên cứu nhưng chỉ mới ở quy mô phòng thí nghiệm và

tính ứng dụng thực tế không cao Theo Vininthanthrat, 1999 I Khảo sát trênmột số mẫu nước thải via dầu đã xác định tỉ số BOD;/COD dao động trongkhoảng 0,4 đến 0.47 Do vậy nước thai via dầu có khả năng phân hủy sinhhọc Do đó việc nghiên cứu đánh giá hiệu quả và khả năng xử lý phenol bằngcông nghệ sinh học màng (MBR) trong các nguồn nước thải là rất cần thiết,

góp phân làm cơ sở khoa học cho việc nghiên cứu triên khai vào thực tiên.

1.2 MỤC TIỂU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý phenol của bé sinh hoc màng MBR

quy mô phòng thí nghiệm (Lab- scale) với các tai trọng khác nhau.

1.2.2 Những nội dung cân nghiên cứuDé tài tập trung vào các nội dung chính sau đây:

1 Tổng quan về phenol và các phương pháp xử lý phenol.2 Lắp đặt mô hình MBR Lab-scale

3 Vận hành thích nghi mô hình ở tải trọng 0,5 kg COD/m”.ngày

4 Vận hành mô hình và phân tích đánh giá hiệu quả xử lý phenol ở các tải

trọng khác nhau: 15 kg COD/mỶ.ngày: 2 kg COD/m” ngày: 2,5 kg

COD/m Ỷ.ngày Đề xuất tải trọng hữu cơ vận hành thích hợp cho quá trình xử

lý phenol sử dụng công nghệ sinh học màng (MBR).

5 Khảo sát sự thay đổi áp suất chuyển màng (TMP) ở từng tải trọng Đánhgiá đặc tính ban mang va xac dinh cac thanh phan tro luc mang

1.3 PHAM VI —- GIỚI HAN CUA DE TÀI

Nghiên cứu được thực hiện với quy mồ phòng thí nghiệm (lab-scale) trên

mô hình bề MBR Nước thải được sử dụng trong nghiên cứu này là nước thảitông hợp

1.4 MÔ HÌNH THỰC HIỆN

Quá trình được lựa chọn xử lý trong mô hình thực nghiệm: Quá trình

MBR hiếu khí Mô hình được đặt tại Viện Công Nghệ Hóa Học số 01 Mạc

Dinh Chi, Quan 1 Tp.HCM.

1.5 Y NGHIA VA TINH MOI CUA DE TAIPhenol là một trong những loại chất thải hữu cơ độc hại khó xử lý cómặt trong nước thải của quá trình sản xuất nhựa phenolphomandehit, dượcphẩm, thuốc trừ sâu, các nhà máy lọc dầu hóa dau Ở nông độ rất thấp(ug/L) phenol có ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe của con người, là tácnhân tiềm an gây ung thư Tại Việt Nam, vẫn chưa có nhiều nghiên cứu cho

việc loại bỏ phenol từ các nguôn thai nay Do đó, kêt quả nghiên cứu của đê

tài góp phần xác định khả năng, hiệu quả xử lý phenol ứng dụng công nghệmàng sinh học hiếu khí (MBR) Công nghệ màng được ứng dụng trongnghiên cứu này nhằm giải quyết khó khăn của các công nghệ sinh học kháclà bùn phát sinh không có khả năng kết tụ và lắng ở bể lắng 2 vì quá trìnhphân tách giữa pha rắn và pha lỏng trong bể phản ứng được thực hiệnbang mang Dong thời, Dé tài mở ra một hướng di cụ thể cho việc xử lýnước thải chứa phenol nông độ cao dựa trên tiêu chí công nghệ xử lý đơngiản, nhỏ gọn, dễ vận hành, phù hợp với điều kiện ở Việt Nam Do đó, đây là

một dé tài hoàn toàn mới và có tính thực tiên rat cao.

CHƯƠNG 2

TỎNG QUAN TÀI LIỆU

2.1 Tổng quan về phenol2.1.1 Nguồn gốc ô nhiễm phenol trong nước

Phenol và các dẫn xuất có trong nước thải các ngành công nhiệp dệt,nhuộm, nhựa, công nghệ lọc hóa dầu, sản xuất duoc phẩm có các mặt hàngthuốc giảm dau aspirin, acid salicylic nông độ phenol trong nước thải các

ngành công nghiệp được trình bày trong Bảng 2.1.

Bang 2.1: Nông độ phenol trong nước thải các ngành công nghiệpNguôn thải công nghiệp Nông độ phenol (mg/L)

Các lò luyện cócDung dịch ammonia yếu chưa 600 — 12.000

dephenolization

Dầu rửa còn chứa chất thải 430 — 1.500

Lọc dầuNước thải cacbon hóa nhiệt độ thấp 3.395

Nước chua S0 — 195Dong thai chung 10 — 100

Bảo dưỡng máy bay 200 — 500

Sản xuất thuốc diệt cỏ 210

Các ngành khác

Nhà máy dầu ô liu 1.000 — 1.500

Khai thác cao su 3—10

Sản xuat Orlon 100 — 150Sản xuất nhựa 600 — 2.000Sản xuất ván ép 150Sản xuất nhựa phenol 15.000

Dung dịch dephenolization 3.000

Sản xuất sợi thủy tinh 40 — 400

Cacbon hóa gỗ 500(Nguon: Sittig et al., 1975: Kumaran and Parachuri, 19971 Weber et al.,

1992|*!; Pinto et al., 2003)[”!Phenol con được su dung trong thành phan của thuốc diệt cỏ, thuốc diệtnam mốc Do đó, trong quá trình tồn trữ, bảo quản và sử dung sẽ có tình trạngthất thoát ra ngoài môi trường Đặc biệt là tình trạng ô nhiễm phenol trongcanh tác nông nghiệp do người nông dân thiếu ý thức, vứt bừa bãi các chai lọđựng thuốc diệt cỏ có chứa phenol ra đồng ruộng

Ngoài ra, phenol còn được sử dụng làm chất sát trùng, gây tê(Chloraseptic® spray), làm bong tróc lớp tế bào chết (trong chiến tranh thếgiới II), tây uế (hỗn hợp phenol và chloroform là một hỗn hợp thường dùng đểtây DNA trong ngành sinh học phân tử), lượng dự phenol trong quá trình sử dụngsẽ phát tán vào môi trường gây ra tình trạng ô nhiễm

2.1.2 Độc tính của phenol

Sự xâm nhập của phenol vào sinh vật có liên quan với sự khuếch tán củacác chất qua màng của tế bảo Các yếu tố ảnh hưởng mạnh đến sự khuếch tánlà hydrophobocity của mỗi hợp chất Sự gia tăng của hydrophobocity ảnhhưởng đến sự xâm nhập hiệu quả hơn qua mảng tế bào và do đó làm tăng độc

tính cua xenobiotic Khi so sánh các tác động độc cua phenol người ta không

thể bỏ qua các thông số quan trọng như pKa (Ka là hằng số phân ly hợp chất)và logP (trong đó P là hệ số ty lệ giữa octanol-nước của các axit không tan).Sự gia tăng của hydrophobocity và giá trị của Log P, và giảm giá trị pKa dẫnđến sự thâm nhập mảng hiệu quả hơn bởi xenobioties và do đó làm tăng độc

tính của chúng.

Yếu tố quan trọng xác định độc tính phenol là phản ứng của các hợp chấtphân tử sinh học với một tế bảo và có liên quan đến khả năng nhận electrontự do của phenol từ một chất oxy hóa Phản ứng một điện tử trong các tế bào

thường được xúc tác bởi các enzyme oxy hóa như peroxidaza có trong gan,

phối và các cơ quan khác, prostaglandin và myeloperoxidases có trong tủyxương Kết quả là sự hình thành của các gốc phenoxy và chất chuyển hóatrung gian như semiquinones và methides quinone có trong tế bào Trong cácphản ứng này, các gốc ôxy hoạt tính superoxide hoặc hydrogen peroxidecũng được hình thành Ảnh hưởng của các gốc trên tới các cau trúc tế baođặc biệt phụ thuộc vào khả năng phản ứng phenol Ví dụ, sự khuếch tán củaphenol đến tế bao gan liên hợp với glucuronides, sunphát, các amino acid đểtạo ra các hop chất gây độc khác như: catechol, chlorocatechols,methylphenols và các hợp chất phenolic khác

Độc tính của phenol đối với người và động vật phụ thuộc vào nhiều yếutố: thời gian tiếp xúc, liều lượng tiếp xúc, trọng lượng và thể trạng vật thể bịtiếp xúc

Đối với con người khi hít phải phenol các tác động bao gồm kích thíchđường hô hấp, dau đầu, và cay mat Tác dụng lâu dài bao gồm suy nhược,đau cơ, chán ăn, giảm cân và mệt mỏi Ảnh hưởng của phơi nhiễm ở mức độthấp dài hạn bao gồm sự gia tăng bệnh ung thư đường hô hấp, bệnh tim, vàảnh hưởng đến hệ thống miễn dịch Ảnh hưởng ở người sau khi tiếp xúc davới phenol bao gồm tốn thương gan, tiêu chảy, nước tiểu đậm màu, va phahủy tế bảo máu đỏ Đặc biệt khi để phenol tiếp xúc trực tiếp trên da sẽ gây rabỏng rộp và đồ tran dung dich phenol trên phan lớn của cơ thé (lớn hon 25%bề mặt cơ thể) có thé dẫn đến tử vong

Ở động vật, tiếp xúc với nồng độ cao của phenol trong không khí trongthời gian vài phút sẽ gây kích thích phối, và tiếp xúc lặp đi lặp lại trongnhiễu ngày sinh ra rung động cơ và mat phối hợp Tiếp xúc với nông độ caocủa phenol trong không khí trong vải tuần dẫn đến tê liệt và ảnh hưởng

nghiêm trọng cho tim, thận, gan, phối, có thể dẫn đến chết

Đối với quy chuẩn ở Việt Nam QCVN 40:2011/BTNMT- Quy chuẩn kỹthuật quốc gia về nước thải công nghiệp thì giới hạn nồng độ phenol cho phépxa thải la 0,1 mg/L (cột A) và 0,5 mg/l (cot B) Trong khi nông độ trong nướcthải của các ngành công nghiệp (Bảng 2.1) rất cao Nếu không xử lý các nguồngây ô nhiễm phenol này có thể gây ảnh hưởng đến hệ sinh thái và ở hàmlượng cao có thể tiêu diệt toàn bộ hệ sinh thái.

2.2 Tổng quan các phương pháp xứ lý phenol trong nước2.2.1 Hap phụ bang than hoạt tính

Than hoạt tính có cấu trúc lỗ xốp với diện tích bề mặt riêng rat lớn, trên1.000 m”/g Nhờ đó, than hoạt tính có khả năng hấp phụ nhiều loại chất hữu co,

vô cơ và được ứng dụng rộng rãi trong xử lý môi trường Nước thải có chứa

phenol được cho chảy trực tiếp qua bể lọc với vật liệu than hoạt tính, tại đâythan hoạt tính sẽ giữ lại phenol và các hợp phần hữu cơ khác Sau một thờigian hoạt động, than hoạt tính sẽ suy giảm và mat khả năng hấp phụ; tiếnhành tái sinh để khôi phục hoạt tính của than

Tuy nhiên, quá trình hấp phụ bằng than hoạt tính cũng có một số nhượcđiểm như chịu sự ảnh hưởng lớn của các yếu to: pH nhiệt độ, sự có mặt củacác ion Ca**, Mg””, hay quá trình giải hấp tương đối phức tạp và tốn kém,tudi thọ than hoạt tính có hạn

2.2.2 Phương pháp bùn hoạt tínhBun hoạt tính là tập hợp các vi sinh vật khác nhau ở dưới dạng bông

bùn Bùn có màu vàng nâu dễ lắng có kích thước 3-150um Những bông bùnbao gồm những quan thể vi sinh vật sông và chat ran (40%) Những vi sinhvật song là những vi khuẩn, nam men, các nguyên sinh động vat, các loài giảtúc, rong, tảo sử dung phenol trong nước như nguồn thức ăn dé tông hợp tếbào Khó khăn lớn nhất của phương pháp này là bông cặn không có khả năngkết dính và lăng trong bể lắng 2

2.2.3 Xứ lý bằng các tác nhân oxy hóa mạnh

Sử dụng các tác nhân oxy hóa mạnh như H;O;, ozone, chlorine, hệ

Fenton dé oxy hóa phenol trong nước thải tạo thành những hợp phan hữu co

ít ô nhiễm hoặc chuyền hóa triệt để thành CO, và H;O Quá trình xử lý thườngtốn kém hóa chất, chi phí cao và có thể tạo ra các hợp chất hữu cơ gây ung

thư.

Việc ứng dụng xúc tác quang cũng đã bước đầu được nghiên cứu để xửlý phenol; tuy nhiên các nghiên cứu chủ yếu thực hiện trong phòng thínghiệm, trên một số tác nhân oxy hóa và chưa được triển khai áp dụng trongthực tế

2.2.4 Xử lý bằng phương pháp oxi hóa điện hóaXử lý phenol bằng phương pháp điện hóa trên các loại điện cực anotnhư Pt, Ti/TiO;, Ti/SnO;, PbO, đã được quan tâm nghiên cứu nhiều trongthời gian gần đây Kết quả cho thấy độ chuyển hóa phenol đạt trên 98% và

kha năng khoáng hóa thành CO, và HO dat trên 75% Tuy nhiên các nghiên

cứu chủ yếu thực hiện trong phòng thí nghiệm, trên một số dạng của hợp chất xúctác quang và chưa được triển khai áp dụng trong thực tế

2.2.5 Một số nghiên cứu xứ lý phenol

Những nghiên cứu ngoài nước

- N.I Galil (1998)!“Ì nghiên cứu khả năng kết tụ và lang của sinh khối trongquá trình xử lý phenol bằng bùn hoạt tính với thời gian lưu bùn 3-5 ngày Kếtquả cho thay khả năng lang của bùn giảm khi nồng độ phenol tăng dan tạinông độ ban đầu 500mg/I lên 1000-1500mg/I

- Vinitnantharat (1999))°Ì nghiên cứu xử lý phenol và 2,4-dichlorophenol sử

dụng kết hợp quá trình hấp phụ bang than hoạt tính (BAC) và quá trình lọcsinh học từng mẻ (SBR) Ngiên cứu thực hiện với nông độ đầu vào 116mg/Iphenol và 100 mg/l 2.4-dichlorophenol Hiệu quả xử lý đạt 99%, nông độphenol tong dòng ra Imgil

- Young và Lant (2001)!'" nghiên cứu áp dụng quá trình lọc sinh học từngmẻ (SBR) xử ly phenol ở nồng độ và tải trọng cao: 1300 mg/l và13,12kg/m° ngay Với thời gian lưu bùn 4 ngày, thời gian lưu nước 10 ngày,tốc độ cấp khí 3.38 lít/phút Hiệu qua xử lý COD đạt trên 97%

- Shen (2002)1!” sử dụng organobentonite để loại bỏ phenol trong nước Kết

quả cho thấy hiệu quả loại bỏ phenol đạt 90%.- A Barrios-Martinez và cộng sự (2006/31 khi xử lý phenol nông độ 150-

400 mg/l, COD = 300-700 mg/l, OLR=1-3 kgCOD/ mỶ, HRT= 5 gid, SRT =

30 ngày, MLSS= 3000- 10.000 mg/L Hiệu quả xu ly COD đạt trên 98,6%sau 50 ngay van hanh.

Những nghiên cứu trong nước

Các nghiên cứu xử lý phenol còn khá mới ở Việt Nam Một số nghiên cứu cơbản của một số tác giả sau:

- Bùi Quang Cu, Tăng Bá Quang (2001)!''Ì nghiên cứu phân hủy phenoltrong nước bằng phương pháp điện hóa trên điện cực graphit Kết quả chothấy sản phẩm sau phân hủy là các axit hữu cơ mạch thắng có cấu trúc đơngiản (axit acetic, axit maleic) và có thể bị phân hủy tiếp theo bằng vi sinh

vật.

- Lê Tự Hải, Nguyễn Đăng Đàn (2009) đã nghiên cứu ảnh hưởng của các

yếu tố như pH dung dịch, nồng độ NaCl, mật độ dòng nông độ phenol đến

quá trình oxi hóa điện hóa phenol trên điện cực PbOs Kết quả thu được chothấy, độ chuyển hóa phenol đạt trên 98% và khả năng khoáng hóa thành COs,

HO đạt trên 75% khi quá trình điện phan được tiến hành trong dung dịchđiện ly NazSOx 0,15M, pH = 8,0, nong độ NaCl 7,5 g/l, mật độ dong 1 = 75mA/cm’, nồng độ phenol 1000 mgil

- Tại Khoa Môi Trường trường DH Bách Khoa Tp.HCM Nguyễn Việt Cường

(2009)"'*! nghiên cứu xử lý phenol dựa trên lớp phim mong TiO; phủ trên sợithủy tinh cũng đạt được những kết quả khả quan

2.3 Cơ chế phân hủy phenol trong quá trình sinh học hiếu khíTheo một số nghiên cứu của G.Buitron, A.Gonzalez va cộng sự ( 1998);

A.lante và cộng sự (2000); M.B Prieto và cộng sự (2002), R.margesin va

cộng sự ( 2005)!1”18!2% Các nhóm vi sinh vật có khả năng phân hủy phenoltrong môi trường hiểu khí bao gồm: Aeromonas sp; Psrudomonas sp;

Flavomonas oryzihabitans; Chryseomonas Tùy từng nhóm vi sinh vật mà cơ

chế phân hủy phenol diễn ra theo 2 con đường ortho hoặc con đường meta

như hình 2.1 sau Sản phẩm cuối của quá trình phân hủy theo 2 con đườngnày là những chat đơn giản hơn như: Succinic acid, acetaldehyde, Pyruvicacid Từ đây, vi sinh vật tiếp tục sử dụng những chất này để tham gia vào chutrình Krebs dé oxy hóa hoàn toàn thành CO, và nước Cơ chế phân hủy sinhhọc hiếu khí của phenol được trình bày như Hình 2.1.

OH

©

PhenolPhenol hydroxylase |

OHOH

Catechol 1,2-dioxygenase “4 Catechol Catechol 2,3-dioxygenase

A7~COOH A~CHO» COOH x ,COOH

OHcis,cis-muconic acid 2-hydroxymuconic semialdehyde

2.4.1 Tong quan vé mang (membrane)

Mang được định nghĩa như là một lớp film phan tach mong của 2 hoặc

nhiều thành phan của dòng chất lỏng Màng lọc được phân chia thành 4 loạidựa vào kích thước lỗ lọc

a Màng vi lọc (Microfiltation MF).

Là loại mang có kích thước lớn nhất Ung dung của nó là tách các phantử lơ lửng từ các chất không hoà tan Màng vi lọc là loại có đường kính lỗ

giới hạn, kích thước lỗ từ 0,1 đến 10 pm.

b Màng siêu lọc (Ultrafiltration UF).

Thường được sử dụng dé tách các phân tử lớn như proteins và tinh bộthoặc các loại vi sinh vật như vi khuẩn và virus (Aptel va Buckley, 1996)12°

Màng siêu lọc là loại màng giới hạn bởi khối lượng phân tử, được xác định là

khối lượng phân tử của phân tử nhỏ nhất Màng vi lọc cĩ kích thước từ hạtđến phân tử thay đối trong khoảng 1.000 đến 500.000 dalton khối lượng phân

tử.c Màng lọc nano (Nanofiltration).

Giữ lại các phân tử hồ tan từ 100 đến 1.000 daltons khối lượng phântử Màng lọc nano là loại cĩ giới hạn phân tử giống với màng siêu lọc hoặcphan trăm loại bỏ sodium chloride giống với màng loc RO Nĩ cĩ thể loại bỏchat ơ nhiễm cĩ kích thước nhỏ khoảng 0,001 pm

d Thâm thấu ngược (Reverse osmosis RO)

Scale in metres

10- 10-? 10-* 10-7 +ò-=s 40-5

Approximate molecular weight in daitons

000 500 000

Ereà Small Colloids

-atari organic albumen protein Bacteria (to ~40 yum)

increasing pumping energy

Hình 2.2 Phân loại mang loc (Simon Judd and Jefferson, 2003)?!

Cĩ khả năng tách đối những phân tử nhỏ nhất hoặc các hat cĩ đườngkính 0.0001 „;m Màng thấm thấu ngược đã được phân loại bởi phan trăm

loại bỏ sodium chloride trong dung dịch thích hợp dưới điều kiện đặc biệt vàkhoảng thay đổi từ 95 đến 99,5%.

Màng lọc cũng có thể được phân loại dựa vào cách thức lọc, lọc vuônggóc va lọc xuôi dòng Các hạt có kích thước vài wm thì rất thích hợp với lọc

vuông góc.Các hạt này sẽ được giữ lại tạo thành lớp bánh bùn và lớp bùn này tăng

dần theo thời gian làm gia tăng trở lực lọc Điều này đòi hỏi phải thườngxuyên rửa lọc và thay màng Đối với lọc xuôi dòng, dòng nước sẽ chảy tiếptuyến với bề mặt màng, hình thành 1 áp suất khác nhau khi qua màng Đó lànguyên nhân một số hạt có thể qua được màng lọc Những hạt còn lại sẽ tiếp

tục chạy dọc theo màng Trai ngược với lọc vuông góc, lọc xuôi dòng tránh

được việc lớp bùn dày hơn vì có gradient vận tốc cao ngay trên bề mặt màng,

và làm giảm việc tac nghẽn cũng như là phan cực hiệu quả.

Thâm thấu Tham thấu

Lọc vuông góc Lọc xuôi đòngHình 2.3 Lọc vuông góc và lọc xuôi dòng

2.4.2 Tổng quan về bé sinh học màngCông nghệ (MBR) được sử dụng để xử lý nước thải đầu tiên bởi Smithvà các cộng sự vào năm 1969 Ké từ đó đến nay, công nghệ MBR đã được

4 ` ? ‘4 4 ? nN “

yl? ! rào cản lớn nhất của việc áp dụngcải tiến nhiều mặt (Stephenson, 2000

công nghệ MBR vào xử lý nước thải là giá thành cao là không còn nữa.

Đông thời những lợi ích mà công nghệ MBR đem lại trong xử lý nước và

nước thải đã làm cho công nghệ này được áp dụng ngày càng rộng rãi

(Wen, 2004)!”i.

Công nghệ (MBR) là sự kết hợp quá trình phân tách bằng màng (UF,

MF) và quá trình sinh trưởng lơ lửng Công nghệ MBR tăng cường kha năng

xử lý sinh học băng cách khai thác khả năng của màng để đạt mức độ phântách cao Việc sử dụng màng để tách pha rắn và lỏng giúp duy trì các điềukiện tối ưu cho bé phản ứng sinh học trong việc phân hủy các chất gây 6

nhiễm trong nước thai (Visvanathan và cộng sự, 2002)1”1 Quá trình MBR có

nhiều ưu điểm hơn so với bùn hoạt tính thông thường Ưu điểm vượt trội củaMBR là chất lượng nước thải sau xử lý rất cao có thể tái sử dụng nước thải,diện tích hệ thống xử lý nhỏ gọn, thời gian lưu bùn dài, lượng bùn sinh rathấp và vận hành linh hoạt (Visvanathan và cộng sự, 2000)127

Hệ thống sinh học màng (MBR) có thể hoạt động ở 2 chế độ (a) và

(b) như hình 2.4.

(a) (b)Dong vao Dong vao Phan bị giữ lại

° == o ,0 0 ` £ t9 ¢ a ` £0 F Dòng thâm ¬¬ Dòng thâm

° > quamàng ọ Hạ quamàngfa) ° ° 0 $ Ó ;

phan 6 nhiém.

Ở chế độ (b), Mang được đặt bên ngoài bể phan ứng sinh hoc, nước thaisau khi được các vi sinh vật phân hủy tại bể phản ứng sẽ được tách khỏihỗn hợp chất răn băng hệ thống màng đặt ngoài Sau đó, bùn được tuần hoànlại bể phản ứng

Đối với 2 chế độ hoạt động khác nhau cũng có những thuận lợi và khó

Điều khiến lượng Os đòi hỏi.Ít rửa màng

Chi phí vận hành thấp.Chi phí bơm chất lỏng thấp (28%

tổng chi phí) (Gender et al, 2000)

Nang lượng tiêu thu thap (Côte et

al., 1998).

Dién tich nho.

Loại bỏ hoàn toàn chat ran ở đầura.

Khử trùng đầu ra

Có khả năng vận hành tải trọng

cao.Kết hợp loại bỏ COD, chất rắn,chất dinh dưỡng trong cùng 1 đơn

KHO KHANe Dé bi tac mang e Suc khí có giới hạn.e Chi phí khí cao e Dé bị tắc màng.

e Giá màng lọc.e Chi phí vận hành cao.

e Chi phí bơm cao (60-80% tổng

chi phi) (Gender et al., 2000).

e Yêu cau rửa mang cao

e Qua trinh phuc tap.

(Nguon: Modified Stephenson et al, 2000)"

MBR có thé được vận hành trong thời gian lưu bùn rất lâu SRT (5-50ngày) với MLSS cao trong bé phan ứng và tỷ số F/M thấp (Visvanathan etal., 2000)[°" MBR có khả năng nitrat hóa cao hon quá trình bùn hoạt tínhthông thường (CAS), vì thời gian cho vi khuẩn nitrat hóa lâu hon (SRT dài,F/M thấp) và kích thước bông bùn nhỏ hơn Bông bùn nhỏ hơn cho phép quátrình chuyên hóa chất dinh dưỡng va oxy vào trong nhiều hơn (Gender et al.,2000)1?' Sự hiện diện của màng lọc trong bề MBR ngăn ngừa sự rửa troi visinh vật nitrat hóa tại thời điểm SRT và HRT ngăn (Soriano et al., 2003)1””va khuyén khich su tang dan của chi số tăng trưởng chậm của vi sinh vật,chang han vi khuan nitrat hoa, va lượng bùn sinh ra rất ít (Muller et al., 1995;Trouve et al., 1994) Cicek et al., (2001)°°°!**! cho thay quá trình nitrat hóachậm dan sau 2 ngay luu bun, 1 phan vi khuẩn nitrat bị mất đi Với tai trọngnito trong khoảng 0,1 và 3,3 kgNHz/m ”.ngày với nồng độ DO khoảng 1mg/L, hiệu qua khử NH; dat hon 90% Hiệu quả khử chất hữu cơ thường caohơn 95% với HRT ngắn (Soriano et al., 2003)1”1 Trong báo cáo cua Soriano

et al., 2003, hiệu quả khử cacbon và nitơ trong MBR cao hơn trong CAS, với

thời gian SRT ngắn.Stephenson và cộng sự, 2000'*! cho thấy tỷ lệ F/M trong MBR dao

động trong khoảng 0,05 đến 0,15 ngày” Thêm vào đó, nồng độ lên đếnkhoảng 20.000 mg/L có thé được duy trì trong suốt quá trình xử lý nước thai

đồ thị (Rosenberger và cộng sự, 2002) Trong khi đó, trong xử lý nước thải

công nghiệp, MLSS có thé gia tăng đến 80.000 mg/L (Fakhru’l-Razi, 1994).Điều này có nghĩa là giảm thể tích bể phản ứng và diện tích khu vực xử lýnhỏ Sự kết hợp nông độ bùn cao và duy trì quá trình vận hành ở tỷ số F/Mthấp Bang 2.4 cho thấy kết quả vận hành của Cicek và cộng sự (2001) chothay sự khác nhau giữa bé phản ứng thông thường và MBR xử lý cùng 1 loạinước thải tổng hợp Bùn trong MBR có kích thước nhỏ hơn trong bể phản

ứng thông thường.

Bang 2.4 So sánh bùn hoạt tính thông thường (AS) và trong MBR

Thông sô AS MBRTuổi bùn (ngày) 20 30

Hiệu qua xử lý COD (%) 94.5 99Hiệu quả xử lý TSS (%) 60,9 99,9

bùn trong các phương pháp khác nhau của các nghiên cứu khác nhau.

Bang 2.5 Bun sinh ra trong các quá trình xứ lý khác nhau

Bùn sản sinhQuá trình xử lý Tham khảo

(mgVSS/mgCOD)Mang dat ngap 0.0-0.3 Gender et al., 2000

Bề bùn hoạt tinh thông thường 0.6 Gender et al., 2000

Mang dat ngap 0.16-0.31 Bouhabia et al., 2001Mang dat ngap 0.2-0.5 Cicek et al., 2001Mang dat ngap 0,1-0,16 Lee et al., 2003

2.4.3 Hiện tượng ban mangSự ban màng được định nghĩa là sự suy giảm thông lượng dòng thamđi qua mang và gia tăng trở lực dòng thắm qua màng Nguyên nhân của banmàng là sự tương tác của vật liệu màng và các thành phần của dung dịch bùn

hoạt tính cụ thể là cơ chất, tế bào, mảnh vỡ tế bào, các chất chuyền hóa

của vi sinh vật như các polymer ngoại bào (EPS) Ban màng trong MBR là

do tương tác hóa lý giữa dung dịch bùn hoạt tính và màng Lớp bùn bám

trên bể mặt màng dẫn đến thông lượng qua màng giảm Lớp bánh bùn nàyphát triển rất nhanh, và có thể được làm sạch bằng cách rửa vật lý, nóđược xếp vào loại ban màng thuận nghịch (reversible fouling) Mặt khác,ban màng bên trong (internal fouling) gây ra bởi sự hấp phụ các chất hòa tanlên lỗ màng và làm bí tắt lỗ màng, được xem là ban màng không thuậnnghịch (irreversible) và thường chỉ làm sạch bằng hóa chất Một số loại banmàng như bít tac lỗ mang, hấp phụ lên bề mặt màng có thé phục hồi được

phụ thuộc vào độ bám dính và độ mạnh của việc rửa vật lý.

Bông bùn Đâu vảo|

Ỷ x: ỶEPS SMP Hạt keo Hat ran

| |

-| H vy —

Dư lượng các chất Hap phu Tac nghén cac 16 Dik - đoạn 1

sinh hoc thu dong mảng ngay từ dau ven Ben bán mang

~Ỷ \ : - >

Lớp bin Sự phat triên của Tiệp tục tac nghẽn"| hình thành lớp mảng sinh học các lỗ mảng _ Giai đoạn 2

| Ban mang một cách

on địnhỶ

Hình thành ban mảng một cách bat thường |

Clech va cong su, 2006)

Yêu tô ảnh hưởng đên bân màng

Vv V ỶMàng Sinh Khôi Điều kiện vận hành

—> Cầu tạo Ls MLSS _> Câu trúc thiết kế

Hình 2.6 Các yếu tố ban mang (Chang và cộng sự, 2002)!

Trở lực màng là đại lượng thé hiện mức độ làm cản trở dòng tham quamàng bởi các thành phan gây cản trở dòng thấm qua màng bao gồm: trở lựcdo lớp keo, trở lực do lớp bánh bùn và trở lực bản thân màng Mối tương quangiữa trở lực màng, thông lượng dòng thấm và áp suất chuyển qua màng(TMP) được hiển thị qua công thức 2.1

y= An (2.1)

Trong đó:

Rt =Rm+Rce+Rf

J: Thông lượng ra (1/ m’.h)

AP: Áp suất qua màng TMP (kPa)

„: Độ nhớt của nước thải (Pa.s)

PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

3.1 Vật liệu nghiên cứu

CHƯƠNG 3

3.1.1 Nước thai su dung trong nghiền cứuQua quá trình khảo sát với các nguôn nước thải nhiém phenol ở nông độcao tác giả thu nhận được 3 mâu nước via dâu từ các nha máy dé xác địnhkhoảng nông độ 6 nhiễm phenol có trong nước thai Thanh phan tính chatnước thải như sau: (Do tính chât yêu câu bảo mật, các mâu nước thải đượcmã hóa với ký hiệu NT1, NT2, NT3).

Chú thích:

Bang 3.1 Thành phân tính chất nước thai via dau

Gia triStt | Chỉ Tiêu | Don vi

NT1 NT2 | NT3| pH - 7,34 6.3 4.902 BOD; mg/L | 252,13 | 143.5 | 98,833 COD mg/L 560.4 350 | 23554 Phenol mg/L 1858 68.2 425 NH,’ -N mg/L 12,6 95 8,26 | NO3-N mg/L KPH KPH | KPH7 T-N mg/L 15,78 12,4 9.68 TP mg/L KPH 0,3 KPH

KPH: Không phát hiện

Khoảng nông độ phenol xác định trong khoảng 42- 185,8 Nhận thấy giátrị của tỉ số BOD;/COD của nước thải via dầu trong 3 mẫu trên dao độngtrong khoảng 0,41+ 0,45 Do đó nước thai via dầu có khả năng phân hủy sinhhọc Quá trình xin phép sử dụng nước thải từ các nhà máy lọc dầu, các nhàmáy nước thải chứa phenol gặp nhiều khó khăn và trở ngại Do đó tác giả sử

dụng nước thải tổng hợp với nông độ phenol 200mg/L, b6 sung thành phan

dinh dưỡng Nitơ, Photpho theo tỷ lệ COD: N: P= 150: 5: 1 và các khoáng

chất (Bang 3.2) dé tao môi trường phát triển thích hợp cho vi sinh vật.Báng 3.2 Thành phần nước thải tổng hợp sử dụng trong nghiên cứu

Với các thông số 6 nhiễm của nước thải tong hop trình bày trong Bang 3.3

Báng 3.3 Thành phần ô nhiễm trong nước thải tổng hợp

sứ dụng trong nghiên cứu

Chỉ tiêu Đơn vị Giá trịĐộ pH - 6,18- 6,3

Phenol mg/L 200

COD mg/L 470N- NH," mg/L 17

P- PO, mg/L 32

Độ kiểm mgCaCO3/L, 35

Thanh phan COD trong nước thải tổng hợp do thành phan phenol tạo ra.Nước thai sử dụng có pH< 6.5 và độ kiềm rất thấp (35 mg CaCO;/L) Do đótrong quá trình vận hành, để tạo điệu kiện cho vi sinh phát triển tốt, và để pH

trong nước thải đầu ra dao động trong khoảng 7-7,5 thì nước thải đầu vào cầnđược bo sung thêm NaHCO; với nông độ 300 mg /L Bê sinh học màng luônđược kiểm tra pH nhằm đảm bảo pH luôn năm trong khoảng 7-7,5 Tốc độ

bay hơi của phenol:

Quá trình xử lý trong nghiên cứu này là quá trình MBR hiếu khí Oxyđược cung cấp để tạo điều kiện cho vi sinh phát triển và giảm hiện tượngnghẹt màng Do đó việc khảo sát tốc độ bay hơi của phenol rất quan trọng.Dung dich phenol nồng độ 100 và 300 mg/L được sử dung dé khảo sát Thé

tích dung dịch khảo sát llít Sau thời gian sục khí 0; 2h; 4h, 6h, 12h, 24h

lay mẫu phân tích TOC

Hình 3.1 Khao sát tốc độ bay hơi của phenol ở nông độ 100 và 300 mg/L

3.1.2 Màng

- Mang sử dụng trong nghiên cứu là màng MF với module màng dang sợi

rỗng Motimo (Trung Quốc), được chế tạo từ vật liệu polyvinylidenefluoride (PVDF) với những tính chất nổi trội như: Có thé chịu được hóachất, tây rửa dé dàng, độ bền cơ học cao, mém dẻo không gay đút, chống

tắc nghẽn, lưu lượng dòng hút cao, tiêu thụ năng lượng thấp.

Kích thước khung màng thí nghiệm: a=300mm, b = 210mm, c = 450mm

Cc

4Hình 3.2 Module màng sợi rỗng Motimo

Các thông số module màng

Bảng 3.4 Thông số module màngThông số Giá trị

điểm cho vào mô hình MBR khoảng 5000 mgil.

Hình 3.3 Lấy bùn tại nhà máy xử lý nước thải tập trung

khu công nghiệp Tân Bình3.2 Nội dung nghiền cứu

- Lắp đặt mô hình MBR Lab-scale

- Vận hành thích nghi mô hình ở tải trọng 0,5 kg COD/m”.ngày

- Vận hành mô hình và phân tích đánh giá hiệu quả xử lý phenol ở các tải

trọng khác nhau: 1,5 kg COD/m ngày: 2 kg COD/m ngày: 2,5 kg

COD/m”.ngày

- Khảo sát sự thay đổi áp suất chuyển mang (TMP) ở từng tải trọng và đánhgiá đặc tinh ban màng

- Xác định các thành phan trở lực màng.Sơ đỗ tóm tắt các nội dung nghiên cứu chính của đề tai được trình bày như

Hình 3.4.

NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Ls

TN1: Thích nghiOLR = 0,5 kg COD/m' ngày,HRT= 22.5 giờ, Q= 31 lit/ngay,

Thoi gian van hanh: 76 ngay À

i}

TN2OLR = 1,5 kg COD/m’ ngay,HRT= 7,5 giờ, Q= 93 lit/ngay,Thoi gian van hanh: 20 ngay

HRT= 4,5 gid, Q= 155 lit/ngay,

Thời gian van hành: 20 ngày

igThống kê đánh giá, so sánh hiệu y

quả xử lý giữa các tải trong

Hình 3.4 Sơ đồ nội dung nghiên cứu

3.3 Mô hình nghiên cứu

3.3.1 Cấu tạo mô hìnhMô hình được đặt tại Viện Công Nghệ Hóa Học (số 01 Mạc Đĩnh Chỉ -phường Bến Nghé - quận 1) bao gồm bể chứa nước thải, bể sinh học màng