Module hợp khối FRP với công nghệ màng lọc membrane là hệ thống xử lý nƣớc thải tính năng ƣu việt đƣợc lắp đặt tại Nhật Bản lần đầu tiên vào năm 1995 với mục đích xử lý nƣớc thải của khu chung cƣ cao cấp và nƣớc thải bệnh viện. Từ đó đến nay công nghệ này đã đƣợc phổ biến rộng rãi tại Nhật Bản và các nƣớc trên Thế Giới với số lƣợng lắp đặt lên tới hàng nghìn công trình.
Trong công nghệ màng lọc MBR, màng lọc cấu hình tấm phẳng là công nghệ đƣợc đăng ký bản quyền bởi tập đoàn Kubota, là một trong những tập đoàn chiếm thị phần lớn nhất thế giới trên lĩnh vực sản xuất màng lọc. Module hợp khối màng lọc membrane là một hệ thống đƣợc lắp ráp đồng bộ nên nhỏ gọn, tiết kiệm diện tích lắp đặt và thời gian thi công, đồng thời tính năng cao hơn so với các công nghệ vi sinh bùn hoạt tính hiện nay.
Hình 2.4. Sơ đồ công nghệ AAO với màng lọc MBR a. Song chắn rác
Song chắn rác dùng để giữ lại các tạp chất thô nhƣ nylon, rác,… nhằm đảm bảo cho bơm và các thiết bị xử lý hoạt động ổn định. Song chắn rác có cấu tạo gồm các thanh thép đặt song song với nhau nghiêng về phía dòng chảy để giữ rác lại.
b.Bể điều hòa lƣu lƣợng
Lƣu lƣợng và nồng độ các chất ô nhiễm trong nƣớc thải luôn thay đổi theo thời gian và phụ thuộc vào điều kiện hoạt động của các đối tƣợng thải nƣớc. Sự dao động về lƣu lƣợng và nồng độ các chất bẩn sẽ ảnh hƣởng không tốt đến hiệu quả làm sạch nƣớc thải, đặc biệt đối với các công trình xử lý sinh học cần đảm bảo sự ổn định về chế độ thủy lực cũng nhƣ chế độ dinh dƣỡng (tỷ lệ F/M) trong đó.
Khoang điều hòa lƣu lƣợng có tác dụng bình ổn độ biến động của lƣu lƣợng nƣớc thải, hạn chế mức biến động trong một giới hạn nhất định, giúp cho các thiết bị xử lý hoạt động ổn định.
c. Khoang khử nitrat
Anoxic là quá trình thiếu khí trong xử lý nƣớc thải. Một phần nƣớc thải và bùn hoạt tính trong quá trình Oxic đƣợc bơm tuần hoàn về ngăn Anoxic để khử Nitrat, Phốtpho trong nƣớc thải, tức là giảm thiểu nồng độ T- N và T-P trong nƣớc thải. Quá trình khử nitrat xảy ra theo 4 bậc liên tiếp nhau với mức độ giảm hóa trị của nguyên tố nitơ: NO-3 -> NO-2 -> NO -> N2O -> N2.
d.Khoang chứa màng lọc MBR có sục khí
Quá trình oxy hóa các chất hữu cơ trong nƣớc thải bằng bùn hoạt tính xảy ra đồng thời với quá trình khử nitơ amoni (NH4+
) bởi các VSV khử nitơ. Giàn màng lọc, thiết bị phân ly màng lọc đƣợc đặt bên trong khoang chứ
khí bên dƣới giàn lọc có tác dụng vừa phân tán không khí đƣa vào, vừa cung cấp không khí cho bùn hoạt tính và vừa tạo hiệu ứng giống nhƣ động tác khuấy nƣớc làm cho dòng nƣớc chứa bùn hoạt tính và các bọt khí thƣờng xuyên tiếp xúc với bề mặt của màng lọc giúp đồng thời tự rửa sạch màng lọc, tránh đƣợc trƣờng hợp bùn bị đọng trên mặt lƣới của màng lọc và chống bùn bị đọng tại đáy bể, đảm bảo sự ổn định trong hoạt động của thiết bị và chất lƣợng đầu ra của nƣớc thải.
Cấu tạo màng MBR:
Màng đƣợc làm bằng vật liệu tổng hợp, với những lỗ nhỏ đƣờng kính 0,4 m, đặt màng lọc trong bể xử lí hiếu khí, với áp lực vừa đủ nƣớc sẽ đƣợc thẩm thấu qua màng, bùn hoạt tính và VSV với kích thƣớc lớn hơn mắt lƣới (đƣờng kính khoảng 0,4 m) nên bị giữ lại, kết quả phân tích chất rắn lơ lửng khỏi nƣớc đạt hiệu quả cao.
- Đặt trực tiếp giàn lọc MBR vào bể bùn hoạt tính, hoặc sau ngăn lắng thứ cấp. - Hệ thống ống tản khí bên dƣới giàn lọc có tác dụng phân tán không khí từ máy
thổi khí, tạo thành những bọt khí nhỏ, đóng vai trò khuấy trộn, có tác dụng chống bùn hoạt tính lắng đọng ở đáy bể.
- Kết nối ống giàn lọc với mô tơ xả, áp lực máy bơm sẽ hút nƣớc thẩm thấu qua màng lọc.
Hình 2.5. Cơ cấu màng lọc MBR
Thông số kỹ thuật của màng MBR:
Vật liệu chế tạo : Polypropylene Độ dày mao dẫn : 40 ~ 50 µm Đƣờng kính bó mao dẫn : 450 µm Đƣờng kính khe mao dẫn : 0.01 ~ 0.2 µm Độ thấm khí : 7.0 x 10-2 cm3/cm2 Độ xốp : 40 ~ 50%
Chịu lực kéo dãn : 120,000 kPa Cƣờng độ lọc
thiết kế : 6 ~ 9 L/m2/h Diện tích môđun : 8 m2/môđun Áp lực vận hành : -10 ~ -30 kPa Công suất : 1.0 ~ 1.2 m3/ngày Đối với phƣơng thức xử lý nƣớc thải bằng bùn hoạt tính thông thƣờ
nồng độ bùn hoạt tính trong khoang xử lý hiếu khí (MLSS) là 3000~5000 mg/L, Ngăn chứa màng lọc
nhƣng trong trƣờng hợp sử dụ ọc MBR thì nồng độ bùn là rất cao (lên tới 5000 ~ 15000 mg/L). Điều đó có nghĩa số lƣợng các vi khuẩn phân giải các chất hữu cơ lớn hơn thông thƣờng 3 - 5 lần, giúp tăng hiệu quả xử lý, giảm thể tích bể xử lý.
Hình 2.6. So sánh các quá trình dòng chảy
Phản ứng phân hủy chất hữu cơ và khử nitơ-amoni trong khoang chứa màng lọc diễn ra theo công thức sau:
(Vi sinh vật oxy hóa chất hữu cơ (BOD)) (BOD) + O2 → CO2 + H2
（Khuẩn Axit nitre） (Khuẩn Axit Nitric）
Nitrosomonas sp. Nitrobactor sp. NH4-N + O2 → NO2-N + H2O + H+ → NO3-N
Các loại VSV khử nitơ thƣờng có quá trình sinh trƣởng chậm hơn các loại VSV oxy hóa chất hữu cơ nên đòi hỏi phải nâng cao hiệu quả phân giải.
Phƣơng thức bùn hoạt tính thông thƣờng không cho phép duy trì các VSV lâu trong hệ thống, trong khi đó phƣơng thức màng lọc cho phép giữ các VSV trong hệ thống, kéo dài tuổi thọ của lƣợng bùn tích lũy, tạo thời gian cho các VSV khử nitơ có đủ thời gian sinh trƣởng và giúp các phản ứng khử nitơ diễn ra hiệu quả nhất.
Các lỗ của màng lọc có đƣờng kính cực nhỏ (0.4 µm) giúp chặn các cặn bẩn dù nhỏ nhất kể cả các vi khuẩn gây bệnh đƣờng ruột (Coliform) đảm bảo chất lƣợng
Nƣớc sau xử lý đạt tiêu chuẩn cao thậm chí có thể nuôi đƣợc cá. Hiện nay nƣớc tái sinh sau khi xử lý vẫn đƣợc dùng để làm nƣớc xả cho nhà vệ sinh và tƣới cây.
Công tác vệ sinh màng lọc cần đƣợc thực hiện sáu tháng đến một năm một lần, thời gian vệ sinh trong khoảng 3 tiếng. Công tác vệ sinh đƣợc tiến hành bằng hóa chất và không cần thiết phải tháo rời thiết bị. Hóa chất tẩy rửa sẽ giúp loại bỏ các cặn bẩn ra khỏi mặt bề mặt và phía trong màng lọc, đƣa hệ thống màng lọc về trạng thái ít chênh lệch áp suất ban đầu. Hóa chất sử dụng ở đây là dung dịch Natri HypoClorit loãng (NaOCl), nồng độ từ 0,5-0,6%. Màng đƣợc rửa nhờ hệ thống ống dẫn và hệ thống van khóa nên không cần thiết phải tháo rời màng lọc. Công tác vệ sinh định kỳ sẽ giúp kéo dài tuổi thọ của màng lọc. Có thể theo dõi tình trạng vệ sinh của màng lọc qua áp suất kế đặt tại phía hút của bơm. Ngoài ra, hệ thống màng lọc đƣợc làm bằng nguyên liệu chịu đƣợc muối nên có thể tiến hành công tác vệ sinh màng bằng Clo.
Hình 2.7. Nguyên lý rửa bề mặt màng lọc MBR
+ Tác động rung (Vibration): bọt khí chuyển động giữa các lớp màng lọc sẽ làm cho màng lọc bị rung, có tác dụng rũ bỏ những hạt bùn đọng trên mặt lƣới.
+ Rửa ngƣợc (Backwash): sử dụng bơm rửa ngƣợc, bơm nƣớc trong ống xả ngƣợc vào trong bể theo chu kỳ nhất định, xối rửa cặn bám trên màng lọc.
e. Khoang khử trùng
Nƣớc đƣợc chuyển vào khoang đƣợc khử trùng bằng hóa chất Clo dạng viên. Hóa chất sẽ đƣợc bổ sung thêm trong mỗi lần kiểm tra thiết bị định kỳ.
f. Khoang thải nƣớc
Khoang thải nƣớc có tác dụng lƣu trữ nƣớc thải sau khi đã xử lý và khử trùng. Trong khoang thải nƣớc có đặt bơm nƣớc sau khi khử trùng ra ngoài.
g. Các thiết bị dự phòng
Hệ thống hoạt động an toàn với cơ chế an toàn, khi các thiết bị có dự bị nhƣ bơm, máy cấp khí hỏng, hệ thống sẽ tự động vận hành thiết bị dự bị đồng thời với báo động hỏng hóc.
Hiệu quả xử lý của màng MBR:
Biểu đồ khử BOD
Hình 2.8. Biểu đồ biểu diễn hiệu quả loại BOD
Biểu đồ mô tả kết quả khử BOD bằng giàn lƣới lọc MBR trong thời gian 5 năm kể từ ngày nhà máy xử lý nƣớc thải bắt đầu đi vào hoạt động, trục tung biểu thị lƣợng BOD, trục hoành biểu thị số năm kể từ khi bắt đầu hoạt động.
Đƣờng zic zắc phía trên trong biểu đồ mô tả lƣợng BOD trƣớc khi xử lý, đƣờng zic zắc phía dƣới sát chạy dọc theo trục hoành trong biểu đồ mô tả lƣợng BOD sau khi đã đƣợc lọc qua giàn lọc MBR. Theo nhƣ biểu đồ hiển thị, trung bình lƣợng BOD trƣớc khi xử lý khoảng 400mg O2/lít, sau khi xử lý lƣợng BOD còn lại <20 ppm.
Biểu đồ xử lý coliform
Hình 2.9. Biểu đồ biểu diễn hiệu quả loại coliform
Biểu đồ mô tả lƣợng Coliforms sau khi sử dụng giàn lọc MBR trong thời gian 5 năm kể từ khi nhà máy bắt đầu hoạt động. Trục tung biểu thị lƣợng Coliforms, trục hoành biểu thị số năm.
Đƣờng phía trên trong biểu đồ biểu thị lƣợng Coliforms trong nƣớc trƣớc khi lọc, đƣờng phía dƣới trong biểu đồ biểu thị lƣợng Coliforms trong nƣớc sau khi lọc qua giàn lọc MBR. Theo nhƣ biểu đồ hiển thị, lƣợng Coliforms trung bình trƣớc khi lọc khoảng 10×106, lƣợng Coliforms trung bình sau khi lọc giảm hẳn 1 triệu lần. Đƣờng phía dƣới trên biểu đồ có những đoạn tăng đột biến là do khi lấy mẫu nƣớc kiểm tra nhân viên đã làm nhiễm khuẩn.
Biểu đồ xử lý vius tả
Hình 2.10. Biều đồ biểu diễn hiệu quả loại virus tả
Biểu đồ mô tả lƣợng virus tả sau khi sử dụng giàn lọc MBR trong thời gian 4 năm kể từ khi nhà máy bắt đầu hoạt động. Trục tung biểu thị lƣợng virus tả, trục hoành biểu thị số năm.
Đƣờng zic zắc phía trên trong biểu đồ biểu thị lƣợng virus tả trong nƣớc trƣớc khi lọc, đƣờng zic zắc phía dƣới trong biểu đồ biểu thị lƣợng virus tả trong nƣớc sau khi lọc qua giàn lọc MBR. Theo nhƣ biểu đồ hiển thị, lƣợng virus tả trung bình trƣớc khi lọc khoảng 5×106, lƣợng virus tả trung bình sau khi lọc giảm xuống đáng kể. Đƣờng phía dƣới trên biểu đồ có những đoạn tăng đột biến là do khi lấy mẫu nƣớc kiểm tra nhân viên đã làm nhiễm khuẩn.
CHƢƠNG III. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN