Nghiên cứu xác định thông số thiết kế phù hợp của màng MBR cho nước thải sản xuất chitin và đánh giá bẩn màng do độ cứng cao

Trong nước thải sản xuất chitin, lipid chưa thu hồi được và được thải ra hệ thống nước thải. Điều này không chỉ không tận dụng được hiệu quả các sản phẩm tôm mà còn dẫn đến các vấn đề môi trường lớn. Nghiên cứu tiến hành với hệ thống MBR để xử lý nước thải sản xuất chitin được thực hiện ở tải trọng F/M = 0,1 và 0,2 kgCOD/kgMLVSS.ngày, MLSS = 7600 ± 500 mg/L, pH được duy trì 7,2 - 7,5 và nồng độ DO > 3 mg/L.

Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu “Khoa học Trái đất Môi trường” DOI: 10.15625/vap.2019.000199 NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ THIẾT KẾ PHÙ HỢP CỦA MÀNG MBR CHO NƢỚC THẢI SẢN XUẤT CHITIN VÀ ĐÁNH GIÁ BẨN MÀNG DO ĐỘ CỨNG CAO Nguyễn Phương Thảo*, Nguyễn Tấn Luật, Phạm Thị Tốt, Nguyễn Phước Dân, Bùi Xuân Thành Trường Đại học Bách Khoa Tp HCM, Đại học Quốc gia VN * Tác giả chính, email: phuongthao.n96@gmail.com TĨM TẮT Nghiên cứu tiến hành với hệ thống MBR để xử lý nước thải sản xuất chitin thực tải trọng F/M = 0,1 0,2 kgCOD/kgMLVSS.ngày, MLSS = 7600 ± 500 mg/L, pH trì 7,2 - 7,5 nồng độ DO > mg/L Kết cho thấy COD đầu tải trọng F/M chưa đạt cột B, QCVN 11-MT:2015/BTNMT tiêu NH4+ - N đầu phần lớn đạt ngưỡng QCVN 11-MT:2015/BTNMT (cột B) Kết đo hoạt tính bùn hiệu nitrate hóa khả loại bỏ COD thực bùn bể MBR sau vận hành 32 ngày bùn nuôi cấy ban đầu lấy từ nhà máy VNF (Cà Mau) cho thấy khả thích nghi hiệu suất xử lý nhiễm mơi trường có độ muối cao tốt Kết đánh giá cân canxi trình vận hành cho thấy ảnh hưởng đáng kể trình bay nước gia tăng độ cứng nước q trình tích lũy canxi bùn theo thời gian Kết đánh giá tốc độ bẩn màng qua theo dõi TMP thông lượng cho thấy nồng độ muối cao gây tác động tiêu cực đáng kể đến hiệu suất làm việc màng Ngồi ra, nghiên cứu cịn cho thấy tác động vai trò ion canxi việc làm chậm trình bẩn màng trì ổn định thơng lượng màng Từ khóa: MBR, bẩn màng, nước thải sản xuất chitin GIỚI THIỆU Trong nước thải sản xuất chitin, lipid chưa thu hồi thải hệ thống nước thải Điều không không tận dụng hiệu sản phẩm tơm mà cịn dẫn đến vấn đề môi trường lớn Việc khử thành phần phi chitin để sản xuất chitin từ phế liệu thủy sản thực phương pháp hóa học, sinh học hóa học kết hợp với sinh học Tuy nhiên phương pháp tạo sản phẩm chitin - chitosan có phân tử lượng thấp, độ nhớt thấp, dư lượng hóa chất lớn, ăn mịn thiết bị đặc biệt gây ô nhiễm môi trường trầm trọng Nước thải chitin chứa hàm lượng cao chất ô nhiễm hữu (COD, TKN, SS), nitơ photpho Đến cơng trình nghiên cứu cơng bố xử lý nước thải chế biến thủy sản, chitin cịn tương đối ít, đặc biệt nước thải sản xuất chitin - chitosan Với đặc tính nước thải sản xuất chitin lại vô phức tạp khó xử lý Cơng nghệ MBR hiếu khí giải pháp để giải vấn đề với hệ bùn hoạt tính cho q trình nitrat hóa khử nitrate xảy đồng thời kết hợp màng lọc loại bỏ cặn lơ lửng khỏi nước thải 2.VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP 2.1 Nƣớc thải sản xuất chitin Nước thải đầu vào lấy bể điều hòa nhà máy VNF, KCN Hòa Trung, huyện Cái Nước, tỉnh Cà Mau Sử dụng axit HCl để điều chỉnh pH thấp 2, đảm bảo thành phần tính chất nước khơng thay đổi suốt q trình vận chuyển bảo quản Thành phần tính chất nước thải thể bảng 2.1.Bùn hoạt tính lấy từ bể hiếu khí nhà máy VNF, Cà Mau với MLSS = 7000 mg/L 537 Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu “Khoa học Trái đất Mơi trường” Bảng 2.1 Thành phần tính chất nước thải chitin sau lắng STT Chỉ tiêu Đơn vị Giá trị trung bình (n=30) pH 7,5±0,3 Độ mặn ‰ 26 COD mg/L 6409 ± 619 TKN mg/L 1288 ± 156 + NH4 - N mg/L 452 ± 58 Độ cứng tổng mg/L 1255 ± 188 Canxi mg/L 1063 ± 108 2.2 Mơ hình thiết kế bể màng MBR Mơ hình bể MBR làm mica có kích thuớc L×R×H = 0,4×0,2×0,5 (m), sử dụng module màng đặt chìm màng vi lọc dạng sợi rỗng (Hình 2.1) làm từ vật liệu PVDF Ưu điểm loại màng chịu nồng độ hóa học cao, nhiệt độ cao, dễ làm sạch, độ bền học cao, tắc nghẽn, lưu lượng dòng hút cao, tiêu thụ lượng thấp Các thông số màng Bảng 2.2 Bảng 2.2 Thông số module màng Thông số Đơn vị Giá trị Loại - Màng sợi rỗng Vật liệu - PVDF Kích thước lỗ µm 0.4 Đường kính mm 2.8 m bề cm2 108 Chiều dài Bể chứa nước thải; Bể phản ứng chứa màng MBR; Tủ điện điều khiển chính; Bể chứa đầu ra; Bơm đầu vào; Đồng hồ đo áp suất; Bơm rút nước màng; Phao tín hiệu; Hộp lật đo lưu lượng đầu ra; 10 Van đo lưu lượng khí; 11 Máy thổi khí; 12 Máy tính lưu giữ liệu Diện mặt Số sợi tích - Hình 2.1 Sơ đồ bể màng MBR thiết kế 2.3 Điều kiện vận hành Nước thải điều chỉnh pH lên 7,5 dung dịch NaOH 1N cho lắng để lấy phần nước bề mặt đưa vào thùng chứa trước bơm vào bể MBR Điều kiện vận hành bể MBR thể bảng 2.3 2.4 Cân độ cứng canxi q trình vận hành MBR Thí nghiệm xác định tích lũy độ cứng Ca2+ thơng qua việc đánh giá cân độ cứng Ca2+ bể MBR, độ cứng tổng nước đầu vào, dịng bùn 2.5 Phƣơng pháp phân tích xử lý số liệu Phương pháp phân tích tiêu chất lượng nước theo “Standard Methods for the Examination Water and Wastewater 21st”, 2005 Các phương pháp trình bày bảng 2.4 538 Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 Bảng 2.3 Điều kiện vận hành bể MBR Đơn vị lít/m2.h kPa lít/phút ngày kgCOD/kg MLVSS.ngày mg/L ngày Điều kiện vận hành Giá trị Thông lượng màng 10 Áp suất rửa màng 50 Chế độ sục khí 10 HRT F/M 0,1 - 0,2 MLVSS 5.000 SRT 30 Chế độ vận hành bơm màng phút chạy, phút nghỉ Bảng 2.4 Các phương pháp phân tích mẫu nước Thông số STT Đơn vị Phương pháp phân tích pH TDS mg/L SMEWW 2540 B COD mgO2/L SMEWW 5220 C TKN mg/L SMEWW 4500-Norg B + mg/L SMEWW 4500-NH3 B - mg/L SMEWW 4500 B - - NH4 -N NO3 -N SWEWW 4500 - H+ B NO2 -N mg/L SMEWW 4500 B TP mg/L TCVN 6202:1996 Độ kiềm mg/L SMEWW 2320 B 10 MLSS mg/L SMEWW 2540 D 11 MLVSS mg/L SMEWW 2540 D KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Hiệu xử lý hệ thống MBR Hiệu suất xử lý COD, amonia, TKN hệ thống Sponge MBR đạt 92%, 84% 84%, cho thấy hiệu xử lý ammonia cao so với MBR thông thường Tuy nhiên, hiệu xử lý amonia TKN giảm đáng kể độ mặn nước thải cao (5-60g/L NaCl) Với nước thải chứa đồng thời phenol, nitrosomonas, nitrobacter nitrospira, độ mặn - 5g/l NaCl, hệ thống khơng có khả xử lý hiệu ammonia (Munz et al., 2008) 3.2 Đánh giá bẩn màng Hệ thống đánh giá khả bẩn màng qua đồng hồ áp suất TMP, mức độ bẩn màng ngày tăng thể giá trị TMP lưu lượng dòng thấm Mức độ bẩn màng việc rửa màng hóa chất NaOCl Khả lọc màng sinh học với bùn hoạt tính bị ảnh hưởng đặc trưng chất rắn lơ lững cặn, có mặt chất đa bào ngoại bào (EPS) sản phẩm vi sinh hòa tan (SMP) Đồng thời nồng độ canxi cao bám mặt màng với kết chụp SEM, EDX KẾT LUẬN Hệ thống MBR có hiệu xử lý COD, TN, amonia tương đối ổn định MBR lựa chọn ưu tiên xử lý nước thải sản xuất chitin Kết trình cân canxi cho thấy độ cứng tổng canxi có xu hướng tích lũy theo thời gian bùn tăng Bên cạnh đó, độ mặn hàm 539 Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu “Khoa học Trái đất Môi trường” lượng canxi, độ cứng tổng yếu tố ảnh hưởng lớn đến khả xử lý hệ thống nên cần giai đoạn tiền xử lý nước thải trước đưa vào hệ thống sinh học, điều nhằm giảm hàm lượng chất rắn lơ lửng chất hữu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] P Đ Hải,(2011) Nghiên cứu xử lý nước thải từ công nghệ sản xuất chitin tiến phương pháp sinh học có thu hồi protein Maria Diná Afonso, Rodrigo Bórquez, (2012) Review of the treatment of seafood processing wastewaters and recovery of proteins therein by membrane separation processes - Prospects of the ultrafiltration of wastewaters from the fish meal industry, Desalination, 142(1), pp 29-45 [2] G.L.Dotto, Gabriela S.Rosa, Mariana Agostini de Moraes, R.F.Weska, Luiz A.A.Pinto, (2013) Treatment of chitin effluents by coagulation-flocculation with chitin and aluminum sulfate, Journal of Environmental Chemical Engineering, 1(1-2), pp 50-55 [3] Y M Nah, K H Ahn, I T Yeom, (2000) Nitrogen Removal in Household Wastewater Treatment Using an Intermittently Aerated Membrane Bioreactor, Environmental Technology, 21(1), pp 107-114 [4] Kang Chen, Xinhua Wang, Xiufen Li, Jiejie Qian, Xiaolan Xiao, (2011) Impacts of sludge retention time on the performance of submerged membrane bioreactor with the addition of calcium ion, Separation and Purification Technology, 82, pp 148-155 [5] Duksoo Jang, Yuhoon Hwang, Hangsik Shin, Wontae Lee, (2013) Effects of salinity on the characteristics of biomass and membrane, Bioresource Technology, 141, pp 50-56 [6] Giorgio Mannina, Marco Capodici, Alida Cosenza, Daniele Di Trapani, Gaspare Viviani, (2016) Sequential batch membrane bio-reactor for wastewater treatment: The effect of increased salinity, Bioresour Technol., 209, p 205-212 [7] Munz G, Gori R, Cammilli L, Lubello C (2008) Characterization of tannery wastewater and biomass in a membrane bioreactor using respirometric analysis Bioresour Technol., 99, 8612-8 540 ... MBR thể bảng 2.3 2.4 Cân độ cứng canxi trình vận hành MBR Thí nghiệm xác định tích lũy độ cứng Ca2+ thông qua việc đánh giá cân độ cứng Ca2+ bể MBR, độ cứng tổng nước đầu vào, dòng bùn 2.5 Phƣơng... loại màng chịu nồng độ hóa học cao, nhiệt độ cao, dễ làm sạch, độ bền học cao, tắc nghẽn, lưu lượng dịng hút cao, tiêu thụ lượng thấp Các thông số màng Bảng 2.2 Bảng 2.2 Thông số module màng Thông. .. thời nồng độ canxi cao bám mặt màng với kết chụp SEM, EDX KẾT LUẬN Hệ thống MBR có hiệu xử lý COD, TN, amonia tương đối ổn định MBR lựa chọn ưu tiên xử lý nước thải sản xuất chitin Kết trình