Nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ sinh học MBR để xử lý nước thải đô thị tại hà nội

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM  NGƠ THỊ BÍCH LẬP NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC MBR ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ TẠI HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Khoa học môi trường Mã ngành: 60 44 03 01 Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN ĐỨC HẠ TS HOÀNG VĂN HÙNG ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NƠNG LÂM  NGƠ THỊ BÍCH LẬP NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC MBR ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ TẠI HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Khoa học môi trường MỤC LỤC MỞĐẦU .1 1.Tính cấp thiết đề tài Mục tiêu nghiên cứu 2.1 Mục tiêu nghiên cứu tổng quát 2.2 Mục tiêu nghiên cứu cụ thể Yêu cầu đề tài Ý nghĩa đề tài 4.1 Ý nghĩa khoa học 4.2 Ý nghĩa thực tiễn CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Cơ sở lý luận khoa học .….4 1.2 Cơ sở pháp lý 1.3 Hiện trạng nguồn thải công nghệ xử lý nước thải đô thị Hà Nội 10 1.4 Tổng quan công nghệ xử lý nước thải MBR 13 1.4.1 Giới thiệu MBR 13 1.4.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống MBR hiếu khí dạng đặt ngập 19 1.4.3 Động học trình vận hành hệ thống MBR hiếu khí dạng đặt ngập 21 1.4.4 Ưu điểm nhược điểm công nghệ MBR so với cơng nghệ bùn hoạt tính truyền thống 23 1.4.5 Hệ thống kết hợp AO – MBR xử lý nước thải 29 1.5 Tình hình nghiên cứu ứng dụng MBR nước giới .33 1.5.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng MBR giới 33 1.5.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng MBR nước 42 CHƯƠNG2:ĐỐI TƯỢNG, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU… … 46 2.1 Đối tượng phạm vi nghiên cứu .46 2.1.1 Đối tượng nghiên cứu 46 2.1.2 Phạm vi nghiên cứu 46 2.2 Nội dung nghiên cứu .46 2.2.1 Đánh giá chất lượng nước thải đô thị Hà Nội 46 2.2.2 Thiết lập mơ hình thí nghiệm AO - MBR mơ trình hoạt động để xử lý nước thải sinh hoạt khu dân cư 46 2.2.3 Đề xuất sơ đồ công nghệ sinh học AO - MBR để xử lý số loại nước thải đô thị dựa sở đối tượng nghiên cứu 50 2.3 Phương pháp nghiên cứu .50 CHƯƠNG3:KẾT QUẢNGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 55 3.1 Đánh giá chất lượng nước thải đô thị Hà Nội 55 3.1.1 Nguồn thải tính chất nước thải Hà Nội 55 3.1.1.1 Nước thải sinh hoạt 55 3.1.1.2 Nước thải công nghiệp 56 3.1.1.3 Nước thải bệnh viện 58 3.1.2 Hệ thống thoát nước Hà nội 60 3.1.3 Kết khảo sát nhà máy XLNT Kim Liên 61 3.2 Ứng dụng mơ hình AO - MBR để xử lý nước thải sinh hoạt khu dân cư 64 3.2.1 Kết khảo sát thành phần nước thải đầu vào 64 3.2.2 Kết tổng hợp thông số vận hành mơ hình 66 3.2.3 Đánh giá q trình làm việc mơ hình 67 3.2.3.1 Bùn sinh học 67 3.2.3.2 Tỷ lệ thức ăn vi sinh vật F/M 68 3.2.3.3 Hàm lượng chất rắn lơ lửng SS 69 3.2.3.4 Oxy hòa tan, pH, nhiệt độ 70 3.2.4 Đánh giá hiệu xử lý mơ hình 71 3.2.4.1 Hiệu xử lý chất hữu COD 73 3.2.4.2 Hiệu xử lý Nitơ 75 3.2.4.3 Hiệu xử lý Photpho 76 3.2.4.4 Hiệu xử lý vi khuẩn 78 3.2.4.5 Kiểm soát độ kiềm 78 3.2.5 Kết chung đánh giá hiệu xử lý mơ hình 78 3.2.6 So sánh hiệu xử lý mơ hình thí nghiệm với hiệu xử lý nhà máy XLNT Kim Liên 81 3.3 Đề xuất sơ đồ công nghệ sinh học AO - MBR để xử lý số loại nước thải đô thị dựa sở đối tượng nghiên cứu… .…… …83 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .89 Kết luận 89 Kiến nghị .90 TÀI LIỆUTHAM KHẢO 91 PHỤ LỤC LỜI CẢM ƠN Đầu tiên Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Với tất lịng, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới: PGS TS Trần Đức Hạ TS Hoàng Văn Hùng tận tình hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi cho tơi q trình nghiên cứu hồn thành luận văn tốt nghiệp Đồng thời xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Viện nghiên cứu cấp thoát nước mơi trường (Hội cấp nước Việt Nam) - Viện khoa học kỹ thuật môi trường (Trường Đại học Xây dựng) - Tập đoàn Mitsubishi Rayon tạo điều kiện cho trực tiếp tham gia đề tài nghiên cứu “ Ứng dụng màng MBR để xử lý nước thải điều kiện Việt Nam” PGS TS Trần Đức Hạ làm chủ trì Qua đây, tơi xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô giáo Khoa sau đại học - Trường Đại học Nông Lâm, người dạy dỗ giúp đỡ nhiều năm học tập nghiên cứu trường Tôi xin cảm ơn bạn bè người thân giúp đỡ động viên suốt trình học tập hoàn thành luận văn tốt nghiệp Lời cuối, Tôi xin chúc thầy cô giáo bạn mạnh khỏe, học tập công tác tốt, phục vụ lĩnh vực khoa học mơi trường nói chung cơng nghệ mơi trường nhiều nữa, góp phần cải thiện sống, giữ gìn mơi trường lành cho hôm cho mai sau Tôi xin chân thành cảm ơn! Thái Nguyên, ngày 10 tháng 11 năm 2014 Học viên Ngơ Thị Bích Lập DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT AS : Bể phản ứng sinh học thơng thường AO - MBR : Thiếu khí, hiếu khí kết hợp bể lọc sinh học màng BOD : Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand) BHT : Bùn hoạt tính COD : Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand) CCN : Cụm công nghiệp CAGR : Tỷ lệ tăng trưởng tổng hợp hàng năm CAPEX : Chi phí đầu tư DO : Lượng oxy hịa tan nước HRT : Thời gian lưu nước (Hydraulic Retention Time) Et al : Cùng cộng F/M : Tỷ lệ thức ăn/ vi sinh vật JICA : Cơ quan Hợp tác Quốc tế Nhật Bản KCN : Khu công nghiệp MBR : Bể lọc sinh học màng MF : Màng vi lọc MLSS : Hàm lượng chất rắn lơ lửng hỗn hợp bùn MLVSS : Hàm lượng chất rắn bay NF : Màng lọc nano N-NH4+ : Nito-amon Nxb : Nhà xuất OPEX : Chi phí quản lý PAC P-PO4 : Poly Aluminium Chloride 3- : Photpho-photphat RO : Màng lọc thẩm thấu ngược SRT : Thời gian lưu bùn SS : Chất rắn lơ lưởng SBR : Bể phản ứng sinh học theo mẻ TDS : Tổng chất rắn hòa tan TMP : Áp suất hút qua màng T-N : Ni tơ tổng số T-P : Phốt tổng số TSS : Tổng chất rắn lơ lửng TXL :Trạm xử lý TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam QCVN : Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia XLNT : Xử lý nước thải DANH MỤC CÁC BẢNG Số bảng 1.1 Tên bảng Trang Các số đánh giá hiệu xử lý nhà máy XLNT tập trung đô thị Hà Nội 12 1.2 Các loại vật liệu polymer sản xuất màng 16 1.3 So sánh MBR kiểu đặt chìm kiểu đặt ngồi 18 1.4 So sánh sản lượng bùn hệ thống MBR hệ bùn hoạt tính thơng thường (AS) 24 1.5 So sánh bùn hoạt tính thơng thường (AS) MBR 25 1.6 Đặc điểm công nghệ AO - MBR 32 1.7 Ứng dụng MBR xử lý số loại nước thải Nhật Bản 37 1.8 Một số cơng trình tiêu biểu áp dụng thành công công nghệ MBR xử lý nước thải sinh hoạt đô thị 38 1.9 Một số kinh nghiệm quốc tế tái sử dụng nước thải 39 2.1 Các thơng số quan trắc phân tích 53 2.2 Các phương pháp phân tích nước thải bùn cặn 54 3.1 Thành phần tính chất nước thải sinh hoạt khu dân cư 55 3.2 Thành phần tính chất nước thải cơng nghiệp 57 3.3 Thành phần tính chất nước thải bệnh viện 59 3.4 Đặc điểm nước thải nhà máy XLNT Kim Liên 63 3.5 Tổng hợp thành phần nước thải đầu vào mơ hình nhà máy XLNT Kim Liên giai đoạn nghiên cứu 3.6 Các thông số vận hành mô hình 3.7 Tổng hợp kết thí nghiệm mơ hình 3.8 3.9 Tóm tắt hiệu xử lý COD, N – 64 66 NH4+, T- N, PO4 71 3— Pở chế độ thí nghiệm So sánh hiệu xử lý nhà máy XLNT Kim Liên với mô hình thí nghiệm 3581111 79 81 31 - Q trình photphoril hóa: Vi khuẩn tham gia vào q trình photphoril hóa Acinetobacter Các hợp chất hữu chứa photpho hệ vi khuẩn Acinetobacter chuyển hóa thành hợp chất không chứa photpho hợp chất có chứa photpho dễ phân hủy chủng loại vi khuẩn hiếu khí - Để nitrat hóa, photphoril hóa thuận lợi, ngăn Anoxic bố trí máy khuấn trộn chìm với tốc độ khuấy trộn phù hợp Máy khuấy có chức khuấy trộn dịng nước tạo môi trường thiếu oxy cho hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển Ngăn hiếu khí (q trình Oxic – xử lý sinh học hiếu khí): Đây ngăn xử lý sử dụng chủng vi sinh vật hiếu khí hoạt động điều kiện cung cấp oxy liên tục để phân hủy chất thải Trong ngăn này, vi sinh vật (cịn gọi bùn hoạt tính) tồn dạng lơ lửng hấp thụ oxy chất hữu (chất ô nhiễm) sử dụng chất dinh dưỡng Nitơ & Photpho để tổng hợp tế bào mới, CO2, H2O giải phóng lượng Ngồi q trình tổng hợp tế bào mới, tồn phản ứng phân hủy nội sinh (các tế bào vi sinh vật già tự phân hủy) làm giảm số lượng bùn hoạt tính Tuy nhiên q trình tổng hợp tế bào chiếm ưu bể trì điều kiện tối ưu số lượng tế bào tạo thành nhiều tế bào bị phân hủy tạo thành bùn dư cần phải thải bỏ định kỳ - Về nguyên tắc trình gồm giai đoạn sau:  Chuyển chất ô nhiễm từ pha lỏng tới bề mặt tế bào vi sinh vật  Khuếch tán từ bề mặt tế bào qua màng bán thấm chênh lệch nồng độ bên bên ngồi tế bào  Chuyển hóa chất tế bào vi sinh vật, sản sinh lượng tổng hợp tế bào - Cơ chế q trình xử lý hiếu khí: 32  Giai đoạn I – Oxy hóa tồn chất hữu có nước thải để đáp ứng nhu cầu lượng tế bào Chất hữu + O2 → CO2 + H2O + lượng  Giai đoạn II (Q trình đồng hóa) – Tổng hợp để xây dựng tế bào Chất hữu + O2 + NH3 → Tế bào vi sinh vật + CO2 + H2O + lượng  Giai đoạn III (Q trình dị hóa) – Hô hấp nội bào C5H7O2N + O2 → CO2 + H2O + NH3 + lượng - Quá trình phân hủy chất hữu nhờ vi sinh vật gọi q trình oxy hóa sinh hóa Tốc độ q trình oxy hóa sinh hóa phụ thuộc vào nồng độ chất hữu cơ, hàm lượng tạp chất, mật độ vi sinh vật mức độ ổn định lưu lượng nước thải Ở điều kiện xử lý định, yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng oxy hóa sinh hóa chế độ thủy động, hàm lượng oxy nước thải, nhiệt độ, pH, dinh dưỡng nguyên tố vi lượng… Tải trọng chất hữu ngăn sinh học hiếu khí thường dao dộng từ 0,32 - 0,64 kg BOD/m3.ngày đêm Nồng độ oxy hòa tan nước thải bể sinh học hiếu khí cần ln ln trì giá trị lớn 2,5 mg/l Tốc độ sử dụng oxy hòa tan bể sinh học hiếu khí phụ thuộc vào:  Tỷ số lượng thức ăn (chất hữu có nước thải) lượng vi sinh vật: Tỷ lệ F/M  Nhiệt độ  Tốc độ sinh trưởng hoạt độ sinh lý vi sinh vật (bùn hoạt tính)  Nồng độ sản phẩm độc tích tụ q trình trao đổi chất  Lượng chất cấu tạo tế bào  Hàm lượng oxy hòa tan ii Kỹ thuật tách sinh khối vi khuẩn màng vi lọc (micro-flitration) Trong bể trì hệ bùn sinh trưởng lơ lửng, phản ứng diễn giống trình sinh học thông thường khác, nước sau xử lý tách bùn hệ lọc màng với kích thước lỗ màng khoảng 0,1 - 0,4 µm Màng 33 cịn đóng vai trị giá thể cho vi sinh vật dính bám tạo nên lớp màng vi sinh vật dày, làm tăng bề mặt tiếp xúc pha, tăng cường khả phân huỷ sinh học Kết hợp công nghệ AO với MBR hướng xử lý nước thải mới, cho hiệu cao thân thiện với môi trường So với công nghệ xử lý sinh học truyền thống cơng nghệ AO - MBR có nhiều ưu điểm vượt trội cụ thể sau Bảng 1.6: Đặc điểm công nghệ AO - MBR TT Đặc điểm kỹ thuật Kích thước lỗ màng 0,1 – 0,4 µm, màng MBR tách chất rắn T lơ lửng, hạt keo, vi khuẩn, số virus phân tử hữu kích thước lớn Nước sau xử lý màng MBR có chất lượng tốt (SS giờ) Nồng độ vi sinh bể sinh học cao - g/l (thông thường khoảng - g/l) Thời gian lưu bùn dài (50 ngày so với thông thường khoảng 10 15 ngày) Quá trình vận hành mang tính tự động hố cao Sử dụng cụm module màng MBR để hút nước sau xử lý Ưu điểm - Tiết kiệm diện tích - Khơng cần xây dựng bể lắng - Không cần xây dựng bể khử trùng - Chỉ tiêu SS, vi sinh, Clo dư ln đạt tiêu chuẩn - Có thể tái sử dụng nước thải: giải nhiệt, rửa đường, rửa toilet… - Thể tích bể xây dựng nhỏ - Tiết kiệm diện tích - Bùn sinh - Chi phí xử lý bùn giảm - Hệ thống hoạt động an toàn chất lượng nước sau xử lý ổn định - Ít nhân cơng vận hành - Khi nâng cơng suất cần lắp đặt thêm module màng MBR mà không cần phải xây thêm bể xử lý 34 Công nghệ AO & MBR ứng dụng để xử lý nước thải bệnh viện, nước thải sinh hoạt khu đô thị, nhà hàng, khách sạn … Nước thải đầu từ hệ thống AO -MBR đạt tiêu chuẩn xả thải Tiêu chuẩn quy chuẩn liên quan (Yeoman, S et al., 2012) [29] 1.5 Tình hình nghiên cứu ứng dụng MBR nước giới 1.5.1 Tình hình nghiên cứu ứng dụng MBR giới Công nghệ MBR công nghệ xử lý nước thải tiên tiến nhiều nước phát triển áp dụng rộng rãi vòng hai thập kỷ qua MBR kết hợp hai trình đơn nguyên: 1) Phân hủy sinh học chất hữu cơ; 2) Kỹ thuật tách sinh khối vi khuẩn màng vi lọc (microfiltration) Do MBR thay cơng nghệ xử lý bùn hoạt tính truyền thống, kết hợp bể lắng, bể aeroten, bể lọc màng lọc hệ thống dây chuyền đơn giản xây dựng vận hành Trong thập kỷ 60s, ý tưởng cho kết hợp q trình bùn hoạt tính với tách màng công bố nghiên cứu tiến hành Viện Bách Khoa Rensselaer, Troy, NewYork Dor - Oliver, Tập đoàn Milfofd, Connecticut, Mỹ Bước phát triển thay phương pháp xử lý bậc ba màng vi lọc (MF - Micofiltration) siêu lọc (UF - Ultrafitration), đảm bảo hầu hết vi khuẩn virus tự với chất rắn chất huyền phù nước thải dòng loại bỏ Smith (1969) lần công bố việc sử dụng màng lọc để thay bể lắng dây chuyền xử lý nước thải bùn hoạt tính Hệ thống gồm có bể sinh học có bùn hoạt tính dạng lơ lửng, kết hợp với màng lọc đặt ngập bể nhằm tách hai pha rắn - lỏng đầu Vì thế, nồng độ bùn trì cao, thời gian lưu bùn kéo dài để đạt hiệu tối ưu việc khử nitơ ammonia Trong thập kỷ 70s, việc phát triển công nghệ màng thị trường Nhật Bản thơng qua việc hợp tác Tập đồn San ki Dorr- 35 Ovilier Nghiên cứu Yamamoto năm 1989 sử dụng màng sợi rỗng 0,1µm cho xử lý nước thải đô thị, kiểu hoạt động hút gián đoạn Khử 95% COD tải trọng thể tích 1,5 kg COD/m3.ngđ Thời gian lưu bùn nước 4h tỉ số F/M 0,09g COD/g MLSS.ngày Trên 60% Nitơ khử làm thống gián đoạn Vào năm 1993, có 39 hệ thống bể lọc sinh học dùng màng vi lọc để xử lý nước thải sinh hoạt công nghiệp Ngày MBR áp dụng rộng rãi Nhật với vài công ty chuyên cung cấp thiết bị công nghệ màng xử lý tái sử dụng nước thải sinh hoạt, xử lý nước thải công nghiệp chủ yếu ngành thực phẩm chế biến thức ăn (nồng độ COD cao) Mơ hình lớn Mĩ lắp đặt vào năm 1998 Hệ thống MBR màng cho xử lý nước thải từ thành phần thực phẩm cho hãng Nestle lắp đặt New Milford Họ áp dụng hệ thống MBR loại bỏ 90% nitơ tổng số xử lý nước thải với nitơ tối đa nồng độ COD vượt chuẩn 800 12.000mg/l Từ năm 1999 đến nay, hệ thống MBR chạy thành công, trải qua sửa đổi nâng cấp khác năm qua Hệ thống MBR xử lý nước thải ứng dụng rộng rãi Mĩ ứng dụng đạt hiệu nhiều mong muốn Việc sử dụng MBR giảm 98% BOD, giảm 84% COD (Yang, W et al., 2006) [28] Công nghệ xử lý nước thải sử dụng MBR cịn có khả loại bỏ chất dinh dưỡng nitơ nước thải với hiệu suất cao 74% Nitơ tổng, loại bỏ 82% nitơ ammonia loại bỏ 97% phơtpho[21],[30] Chính phủ Trung Quốc định mở rộng công suất Nhà máy xử lý nước thải Beixiaohe từ 40.000 đến 100.000 m3/ngày đêm Trong tháng năm 2006, Tập đồn nước Bắc Kinh trao cho Siemens Trung Quốc hợp đồng 18.500.000 USD cung cấp 60.000 m3/ngày hệ thống tái sử dụng nước cho nhà máy Beixiaohe Hệ thống bao gồm bể phản ứng sinh học màng (MBR), hệ thống xử lý nước thải để tái sử dụng khu vực 36 trung tâm Olympic Village, đài phun nước hồ Nhóm nước chọn hệ thống MBR nhỏ 60% so với công nghệ điều trị thơng thường, phù hợp cách xác khơng gian có nhà máy Hệ thống MBR chứa bước xử lý sinh học màng tế bào Với 4.864 màng, hệ thống lớn loại hình giới Với ưu việt phát triển công nghệ màng thời gian gần đây, MBR nghiên cứu ứng dụng rộng rãi xử lý nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp chế biến thực phẩm, thu hiệu xử lý SS, loại bỏ COD TN cao Cấu hình màng MBR đặt ngập dạng nghiên cứu Kubota (Nhật Bản) công bố cho hiệu khả BOD COD 96%, lượng tăng sinh khối bùn 0,3 kg/kg BOD, 40% so với hệ bùn hoạt tính truyền thống (Rosenburger et al., 2012) [25] Công nghệ xử lý nước thải MBR ngày quan tâm áp dụng nhiều nơi giới để xử lý nước thải sinh hoạt nước thải công nghiệp Công nghệ xử lý nước nước thải màng vi lọc công nghệ tiên tiến nước phát triển Nhật, Mỹ, châu Âu áp dụng rộng rãi vòng hai thập kỷ qua Đặc biệt cơng nghệ bể sinh học màng vi lọc MBR chứng tỏ ưu vượt trội hiệu xử lý, vận hành vốn đầu tư 37 Nguồn: Đại học tổng hợp Aachen, 2007 Hình 1.5 Biểu đồ phát triển công nghệ XLN thải MBR Châu Âu Hiện giới thị phần MBR có xu hướng tăng nhanh Giá trị ước tính khoảng 337 triệu USD năm 2010, thị trường MBR toàn cầu tăng với tỉ lệ tăng trưởng tổng hợp hàng năm (CAGR) 13,2% dự kiến lên tới 627 triệu vào năm 2015 Nhật Bản, Pháp Anh Quốc quốc gia tiên phong việc phát triển công nghệ năm gần Hàn Quốc, Trung Quốc Đức đạt thành tựu bật việc cải tiến công nghệ thể Bảng 1.7 Bảng 1.7: Ứng dụng MBR xử lý số loại nước thải Nhật Bản [25] Loại nước thải Công suất Địa điểm (m3/ngày) Công ty sản xuất lắp đặt Lắp đặt Bể sinh học Màng 38 Nước thải đậm đặc Công nghiệp sản xuất tinh bột 120 Công nghiệp giấy Nước sinh nông (công nhỏ) 10 thải họat thôn suất Nước thải nồng độ thấp Nước thải sinh họat đô thị 10 20 Tỉnh Hyogo Kobe Kobe steel steel Ltd Ltd Kurita Water Thành The Industries phố IyoShimizu , Ltd Mishima Corp (Inc.) Mitsubishi Rayon Eng., The Nippon Glass Co., Ltd Kurita Water Industries, Ltd.; The TOTO Co Ltd Trung Thành tâm hỗ Dic Mitsubishi phố trợ tái sử Degremont Rayon Chigasaki dụng Co Eng nước thải The Nitto Thành Ebara Ebara Denko phố Corp Corp Corp Fujisawa Các nghiên cứu quy mơ phịng thí nghiệm hay pilot trường hỗ trợ cho việc thiết kế vận hành 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 ngày hấp dẫn nhà đầu tư mặt kinh tế có kích thước nhỏ gọn (do giảm nhiều chi phí mặt sử dụng đất); chất lượng nước sau xử lý cao cải thiện chất lượng môi trường nguồn nước tiếp nhận hay tái sử dụng, đáp ứng yêu cầu tiền xử lý cho trình lọc RO hay Nano để cấp nước sinh hoạt Các kinh nghiệm quốc tế ứng dụng MBR xử lý nước thải trình bày chi tiết : Tải FULL (File Word 109 trang): bit.ly/35fXDAZ Dự phịng: fb.com/TaiHo123doc.net 39 Bảng 1.8: Một số cơng trình tiêu biểu áp dụng thành công công nghệ MBR xử lý nước thải sinh hoạt đô thị Cấu hình màng Cơng suất Hiệu xử lý Nước áp dụng Màng gốm, UF Màng đặt 125m3/ngày COD sau xử lý < 5mg/l Nhật Bản Màng gốm, UF Màng ống đặt 2.4-4.8 m3/ngày HS xử lý COD > 94% Pháp Màng gốm, UF Màng ống đặt HS xử lý COD > 98% Mỹ Màng polymer, UF Màng ống đặt 360-840m3/ngày COD sau xử lý < 12mg/l Hà Lan Màng polymer, UF Màng ống đặt 48m3/ngày COD sau xử lý < 5mg/l Hàn Quốc Màng polymer, UF Màng sợi rỗng đặt ngập 95% Đức Loại màng 0.16m3/ngày Màng sợi rỗng COD loại bỏ 46-74m3/ngày Hà Lan đặt ngập > 93% Màng sợi rỗng HS xử lý COD Màng polymer, UF 48-72m3/ngày Hà Lan đặt ngập > 91% Màng sợi rỗng BOD5sau xử lý Màng polymer, UF 700m3/ngày Mỹ đặt ngập < 1mg/l Màng sợi rỗng HS xử lý COD Màng polymer, UF 9000m3/ngày Mỹ đặt ngập > 95% Do tình trạng cạn kiện nguồn nước cấp nhu cầu cấp nước ngày Màng polymer, UF tăng, tăng trưởng dân số, việc tái sử dụng nước thải trở nên ngày cần 40 thiết quan trọng MBR công nghệ hàng đầu áp dụng cho mục tiêu tái sử dụng nước nhiều quốc gia Do công nghệ phát triển cải tiến mạnh mẽ, giá thành giảm mạnh năm gần đây, kéo theo việc ứng dụng công nghệ MBR cho việc tái sử dụng nước ngày phổ biến nhiều quốc gia Trên giới có nhiều nghiên cứu, áp dụng thành cơng việc tái sử dụng nước thải sau xử lý công nghệ màng MBR Tái sử dụng nước thải sau xử lý công nghệ màng MBR lần áp dụng Tokyo, xử lý nước thải phát sinh từ tịa nhà Mori với cơng suất 500m3/ngày, nước sau xử lý cấp lại phục vụ cho mục đích phi ăn uống tịa nhà Nhiều nơi giới sử dụng hệ thống kép, hệ thống cấp nước tái sử dụng nước Tại thành phố Tokyo, yêu cầu tái sử dụng nước cho tất cơng trình xây dựng có diện tích 10.000m2 Osaka Fukuoka yêu cầu tái sử dụng với tất cơng trình 5.000m2 Bảng 1.9: Một số kinh nghiệm quốc tế tái sử dụng nước thải Vị trí Cơng suất Năm xây Nước sau xử lý (m3/ngày) dựng Villefranque, Pháp 168 1997 Nước rửa xưởng thuộc da Collegno, Italy 960 5/2001 Tái sử dụng công nghiệp Rocca Imperiale, Italy 960 5/2003 Tái sử dụng nông nghiệp Cho tới nay, việc ứng dụng công nghệ MBR để xử lý nước thải nhằm mục đích tái sử dụng thường áp dụng cho hai loại nước thải: nước thải thô nước thải qua xử lý sơ Ưu điểm việc tiền xử lý nước thải trước xử lý MBR: nước thải qua xử lý sơ nên có hàm lượng chất rắn hay tải trọng hữu giảm, làm giảm lượng khơng khí cần cấp, giảm khối tích cơng trình Tuy nhiên việc tiền xử lý làm chi phí vận 41 hành tăng lên phải dùng hóa chất (ví dụ polymer) để loại bỏ chất bẩn gây hại cho màng Ở nhiều cơng trình XLNT nhằm mục đích tái sử dụng, nước thải phải xử lý triệt để hàm lượng tổng chất rắn hịa tan (TDS) để cấp nước cho nông nghiệp hay công nghiệp Một khảo sát với 100 nhà máy XLNT phải xử lý triệt để TDS chất hữu nhằm tái sử dụng; khoảng 97% số lượng nhà máy áp dụng cơng nghệ RO có 40% nhà máy áp dụng MBR để xử lý triệt để nước thải áp dụng MBR trước xử lý bẳng RO Trong rào cản quan trọng để áp dụng rộng rãi công nghệ MBR cịn chi phí, qui định môi trường ngày nghiêm ngặt liên quan đến bảo tồn nước ngăn chặn ô nhiễm điều kiện thúc đẩy phát triển cơng nghệ vịng 30-40 năm qua Hơn nữa, vốn (và đặc biệt màng) chi phí hoạt động q trình MBR giảm đáng kể vòng 15 năm trở lại đây.Việc cắt giảm chi phí hiệu mơđun màng trở nên tiêu chuẩn hóa xảy với công nghệ lọc RO Nguồn: S Judd (2006) [27] Hình 1.6 Chi phí vận hành hệ thống MBR theo thống kê hãng Kubota 42 năm Nguồn: S Judd (2006) [27] Hình 1.7 Giá thành màng MBR hãng Kubota Norit X-flow Bản thân công nghệ coi chưa trưởng thành, sản phẩm thương mại năm 1990 thâm nhập thị trường đáng kể Thị trường bị chi phối hai hãng Zenon Kubota có hàng loạt sản phẩm có sẵn cho ứng dụng công nghiệp, đô thị Niềm tin vào công nghệ phát triển gia tăng số lượng trưởng thành hội cho lựa chọn khả thi cho trạm xử lý nâng công suất, nâng cao chất lượng nước thải đầu Một vấn đề quan trọng cần xây dựng phương pháp hướng dẫn tính tốn chi phí đầu tư (CAPEX) chi phí quản lý (OPEX) cơng nghệ MBR Hiện số lượng nhà máy vận hành thực tế chưa nhiều để có đầy đủ thơng tin cho tốn tính tốn chi phí, đặc biệt điều kiện Việt Nam Theo Adham (2002) chi phí cho cơng trình MBR tương đương với Kênh oxy hóa hay Aeroten quy mơ khoảng 100,000m3/ngày Ngồi ra, MBR cơng nghệ có chi phí thấp việc xử lý nước thải đạt chất lượng phù hợp với việc xử lý tiếp công nghệ RO Một nghiên cứu đánh giá xu hướng chi phí xử lý MBR cho thấy chi phí thay màng giảm 75% giai đoạn 1995-2005; điều giúp cho tổng chi phí liên quan đến màng hệ thống MBR giảm từ 54% xuống 9% (S Judd, 2006)[27] Tải FULL (File Word 109 trang): bit.ly/35fXDAZ Dự phịng: fb.com/TaiHo123doc.net 43 Ngồi cơng trình có cơng suất nhỏ (khoảng 500m3/ngđ) chi phí đầu tư MBR 60% so với cơng trình bùn hoạt tính truyền thống; cịn với cơng trình có cơng suất lớn 5000m3/ngđ chi phí tăng 30% (Hai et al., 2012)[23] Tuy nhiên với việc phát triển mạnh mẽ công nghiệp màng lọc (bao gồm phát triển sản phẩm màng, số lượng nhà sản xuất màng tăng cao, công suất lọc thông số thiết kết cải thiện ) tốn đánh giá hiệu chi phí với MBR cần cập nhật thường xuyên 1.5.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng MBR nước Khi triển khai đề tài cấp Bộ Giáo dục Đào tạo: “Nghiên cứu xử lý nước thải quy mô nhỏ điều kiện Việt Nam (B94-16-6d-37)” cho thấy cần thiết phải thiết kế chế tạo modun quy mô nhỏ, từ vài chục đến vài trăm m3/ngày, tích hợp trình học sinh học để xử lý nước thải sinh hoạt cho khu dân cư (Trần Đức Hạ, 1995) [3] Trong vòng vài năm gần có số nghiên cứu MBR thực Việt nam để xử lý nước thải công nghiệp, nước rỉ rác cho kết khả quan Nguyễn Phước Dân (Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh) thành cơng việc thử nghiệm phịng thí nghiệm dây chuyền MBR để xử lý nước rỉ rác Hệ thống bể sinh học MBR theo thiết kế tác giả có kiểu: kiểu đặt ngập màng MBR vào bể kiểu đặt Với kiểu đặt ngập, màng MBR hoạt động cách hút dùng áp lực; với kiểu đặt ngoài, màng MBR hoạt động theo nguyên tắc tuần hoàn lại bể phản ứng áp suất cao… Theo đó, nước rỉ rác vào bể, chạy qua dịng tuần hồn với bước lọc, chất cần tách giữ lại, nước thải sau xử lý xả Được biết, hiệu suất việc lọc nitơ ammoni theo phương pháp lên đến 85% Đỗ Khắc Uẩn, Rajesh Banu Ick-Tae Yeom (2010), dựa vào cân khối lượng chất sinh khối, nghiên cứu thiết lập phương trình tính sản lượng bùn dư hệ thống xử lý nước thải phương pháp sinh học kết hợp lọc màng Nghiên cứu tiến hành thiết lập Comment [A1]: Cần cập nhật nghiên cứu gần tôi, cô Nga, thầy Hà, thầy Hiển,… công bố nhiều tạp chí chun mơn 44 phương trình động học xác định sản lượng bùn dư hệ thống sinh học kết hợp lọc màng áp dụng cho xử lý nước thải thị Dựa vào phương trình để đánh giá ảnh hưởng hệ số sản lượng sinh khối, thời gian lưu bùn, hệ số phân hủy nội bào, thời gian lưu thủy lực đến sản lượng bùn dư (Đỗ Khắc Uẩn cs, 2010) [17] Nguyễn Hoài Nam (2006), nghiên cứu ứng dụng loại màng Mitsubshi Rayon trình xử lý kỵ khí hiếu khí nước thải sau bể tự hoại AIT (Viện công nghệ Châu Á) Kết cho thấy, điều kiện kỵ khí nhanh xảy tắc màng hiếu khí: điều kiện kỵ khí q trình tắc xảy sau 16h 6h tương ứng với HRT 16h 8h Ở điều kiện hiếu khí q trình tắc xảy sau 25 ngày 10 ngày Ở bể kỵ khí không khử TKN amoni khử COD 50% Ở bể hiếu khí tỷ lệ khử COD HRT = 16h 8h tương ứng 60% 80% TKN ammoni 60% Nhưng không khử T- P Lê Văn Chiều, Cao Thế Hà Nguyễn Hữu Quyết (2010) triển khai nghiên cứu xử lý nước hồ ô nhiễm Hà Nội công nghệ AO, bùn hoạt tính kết hợp màng vi lọc (MBR) Hệ thống MBR thử nghiệm qui mô pilot xử lý phần nước hồ Kim Liên, Hà Nội (Hồ chứa nước thải sinh hoạt với công suất từ 60 - 100 m3/ngày đêm); chạy thử nghiệm tháng cho kết nghiên cứu loại bỏ SS đạt 100%, COD đạt 85%, ammoni đạt 97% Coliform đạt 99%, đáp ứng QCVN08: 2008/BTNMT (Đại học BK Hà Nội, 2010) [16] Phương pháp sử dụng màng lọc sinh MBR áp dụng vào năm 2008 cho hệ thống xử lý nước thải cho nhà máy điện tử VINA SAMSUNG KCN Yên Phong Tỉnh Bắc Ninh Nước thải sau xử lý đạt mức II theo TCVN 6772 – 2000: Tiêu chuẩn Việt Nam nước thải sinh hoạt Các cơng trình tương tự lắp đặt cho nhà máy XLNT tập trung khu công nghiệp Bắc Thăng Long công suất Q=2000 m3/ngày với loại màng sử dụng modun màng phẳng tập đoàn KUBOTA cung cấp 45 Tại thành phố Hồ Chí Minh, công ty cổ phần Môi Trường GreenTech ứng dụng thành cơng cơng nghệ màng sợi rỗng nhúng chìm (Hollow Fiber MBR) 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 Hồn Mỹ cơng suất 275m3/ngày; nước thải chế biến thuỷ sản khu thương mại Bình Điền cơng 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 cơng suất 1000m3/ngày Do nước thải bệnh viện sở y tế, hàm lượng chất hữu cao, lượng nitơ ammoni lớn, mặt khác lưu lượng nước thải cần xử lý nhỏ nên người ta thường tích hợp q trình XLNT modun dạng bể bê tông xây chỗ chế tạo sẵn loại vật liệu composite cốt sợi thủy tinh (FRP), thép không gỉ,… Bể hoạt động theo nguyên tắc AO (thiếu khí – Anoxic hiếu khí – Oxic) Vì ngồi việc xử lý hữu cơ, q trình xử lý sinh học tích hợp bể cịn xử lý nitơ thơng qua q trình nitrat hóa khử nitơrát Nhằm tăng cường hiệu xử lý giảm kích thước cơng trình, người ta thường áp dụng tiến công nghệ vào dùng giá thể di động để vi sinh vật XLNT dính bám sinh trưởng ứng dụng màng siêu lọc (UF) hệ MBR (Membrane Bio-Reactor) thay cho trình lắng thứ cấp khử trùng Từ năm 2009, Công ty KUBOTA (Nhật Bản) báo cáo với Bộ Khoa học Công nghệ Việt Nam cơng nghệ xử lý nước thải tích hợp thiết bị chế tạo sẵn Johkasou, loại thiết bị có lắp đặt MBR nhúng ngập để xử lý chất dinh dưỡng, khử trùng tăng cường xử lý BOD Thông qua Công ty Cổ phần Tiến Quốc tế (AIC), loạt bể lắp đặt bệnh viện nước ta bệnh viện Nguyễn Tri Phương, bệnh viện Chợ Rẫy (thành phố Hồ Chí Minh) Q=3500 m3/ngày, bệnh viện đa khoa tỉnh Gia Lai công suất Q=500 m3/ngày, bệnh viện Đức Thọ (Hà Tĩnh), 3581111 ... tiến hành nghiên cứu đề tài: ? ?Nghiên cứu khả ứng dụng công nghệ sinh học MBR để xử lý nước thải đô thị Hà Nội? ?? Mục tiêu nghiên cứu: 2.1 Mục tiêu nghiên cứu tổng quát: Nghiên cứu khả ứng dụng công. ..ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM  NGƠ THỊ BÍCH LẬP NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ SINH HỌC MBR ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ TẠI HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành: Khoa học. .. (AS) MBR 25 1.6 Đặc điểm công nghệ AO - MBR 32 1.7 Ứng dụng MBR xử lý số loại nước thải Nhật Bản 37 1.8 Một số cơng trình tiêu biểu áp dụng thành công công nghệ MBR xử lý nước thải sinh hoạt đô thị