CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
1.5. Công nghệ sinh học kết hợp với lọc màng
1.5.3. Hiện tượng tắc nghẽn màng lọc và giải pháp làm sạch màng lọc
Tắc nghẽn màng lọc trong hệ thống MBR là một hiện tượng phức tạp được gây ra bởi nhiều nguyên nhân khác nhau. Có thể nói tất cả các yếu tố từ việc thiết kế hệ thống MBR, thiết kế cấu trúc màng, lựa chọn vị trí thổi khí hay tốc cường độ thổi khí trong bể chứa màng lọc, tính chất của nước thải đầu vào, thông số vận hành bể BHT (thời gian lưu bùn, thời gian lưu nước, năng suất lọc…) tất cả đều ảnh hưởng đến quá trình lọc màng (Fangang và ncs, 2009) . Trong nghiên cứu này tập trung nghiên cứu một số yếu tố như vật liệu màng lọc, nồng độ sinh khối, năng suất lọc, chế cường độ sục khí. Xác định được các yếu tố ảnh hưởng và vận
38
hành hệ thống ở điều kiện tối ưu sẽ giúp quá trình màng lọc màng hoạt động được lâu dài.
Phục hồi, làm sạch màng lọc
Màng lọc được phục hồi hay làm sạch màng lọc bằng giải phương pháp vật lý và hóa học. Làm sạch màng lọc bằng phươnggiải pháp vật lý ít phức tạp và nhanh hơn so với phươnggiải pháp hóa học (kéo dài không quá 5 phút).
PhươngGiải pháp vật lý được thực hiện bằng cách cọ rửa, rửa ngược hoặc sục khí, không dùng hóa chất. Vì vậy, nước rửa không chứa các hóa chất, và cũng ít có khả năng phá hủy màng lọc. Tuy nhiên, hiệu quả làm sạch kém hơn.
Nếu tổn thất áp qua màng tăng cao, ngay cả khi đã dùng sử dụng phươnggiải pháp vật lý thì cần làm sạch màng lọc bằng cách ngâm màng vào bể hóa chất. Đối với trường hợp chất bẩn là chất hữu cơ thì dùng dung dịch NaOCl, trường hợp chất vô cơ thì dùng dung dịch axít. Sau đấy, rửa lại màng lọc bằng nước sạch để trung hòa và cho chạy làm việc với nước sạch trước khi cho màng lọc quay lại hệ thống (Judd, 2006).
Thông thường, làm sạch màng lọc thường được thực hiện sau 6 – 12 tháng với NaOCl và axít. Hiệu quả làm sạch màng lọc phụ thuộc vào nhiều yếu tố, có thể chia thành 3 nhóm (Vera và ncs, 2010):
- Đặc tính hóa chất làm sạch màng (bản chất, nồng độ, pH và nhiệt độ);
- Đặc điểm màng lọc (vật liệu, tính kỵ nước, bản chất lớp bùn bám);
- Điều kiện làm sạch (thời gian, tần suất, tốc độ dòng chảy).
Hoá chất làm sạch màng lọc thường dùng là NaOCl, có thể thực hiện bằng các giải pháp kết hợp sau:
+ Làm sạch hàng ngày CEB (chemically enchance blackflush);
+ Bảo dưỡng làm sạch với nồng độ hoá chất cao hơn hàng tuần;
+ Làm sạch hoá chất chuyên sâu 1 hay 2 lần trong một năm.
Tùy thuộc vào vật liệu màng lọc và đặc tính nước thải đầu vào, hiệu quả làm sạch màng lọc rất tốt khi sử dụng NaOCl. Năng suất lọc nước mặt của màng lọc sợi rỗng Norit Xiga đã được phục hồi hoàn toàn khi làm sạch bằng NaOCl 0,4%. Với màng lọc polyethersulfone (PES) bị tắc do lọc huyết thanh, khi sử dụng NaOCl 0,01 – 0,5% cũng đã được làm sạch hoàn toàn. Một vài nghiên cứu
cũng đã chứng minh tính hiệu quả của NaOCl khi kết hợp với một số chất làm sạch khác. Chẳng hạn, NaOCl 0,015% kết hợp với NaOH và enzyme để làm sạch màng PES bị tắc do chiết tách sữa đậu nành. Năng suất lọc đã được phục hồi, trong đó 70% là do NaOH, còn NaOCl chỉ đóng góp 20%. Đối với màng lọc polyvinylidene fluoride (PVDF) bị tắc do sinh khối, với việc sử dụng NaOCl 0,05% kết hợp với NaOH, sau đó dùng HNO3 đã phục hồi được năng suất lọc 77%. Theo các báo cáo gần đây cho thấy sử dụng NaOCl làm sạch màng lọc trong hệ thống MBR là tốt hơn so với các hóa chất khác như enzyme, axit hoặc H2O2 (Fangang và ncs, 2009).
Bảo trì làm sạch màng lọc bằng hoá chất được thực hiện tại chỗ và kết hợp với ngâm màng lọc trong thời gian dài, thường một chu kỳ là 30 – 60 phút và thông thường được thực hiện 1 lần từ 3 – 7 ngày, ở các nồng độ trung bình của NaOCl là 200 – 500 mg/L cho MBR - Aeroten – truyền thống (Judd, 2006).
Cho đến nay chưa thấy có nghiên cứu nào công bố điều kiện làm việc tối ưu của NaOCl để làm sạch màng lọc tốt nhất. Nguyên nhân một phần có thể do chỉ có một số ít các phương pháp được sử dụng để làm sạch màng lọc, mà các đặc tính của màng lọc trước và trong khi lọc và ở các giai đoạn làm sạch màng lọc thì cần được đánh giá và giám sát chặt chẽ (Rabiller-Baudry, 2008).
Mặc dù, NaOCl được sử dụng phổ biến trong việc làm sạch màng lọc, nhưng đã từ lâu nó đã bị nghi ngờ là có gây nên tổn hại đến màng lọc. Tính ôxy hóa của NaOCl và môi trường làm việc pH cao của nó có khả năng gây tổn hại đến tuổi thọ của màng lọc. Một số nghiên cứu đã công bố ảnh hưởng của NaOCl đến màng lọc. Chẳng hạn, màng polysunfone đã gặp một số tổn hại khi được xử lý bởi NaOCl, bằng chứng là lỗ màng mở rộng và thời gian hoạt động của màng bị rút ngắn. Nghiên cứu khác cho thấy xử lý màng lọc bằng NaOCl gây ra clo và làm thay đổi tính thấm nước của màng polyamit. Tuy nhiên, không phải lúc nào hóa chất cũng là thủ phảm gây tổn hại đến màng lọc. Phân tích màng vi lọc sử dụng trong hệ thống xử lý nước thải cho thấy tổn hại của màng lọc và tắc màng
40
nhanh gây ra bởi lực cơ học hơn là sự tấn công của các halogen (Vera và ncs, 2010).
Nghiên cứu của nhóm Vera (2010) cho thấy, hiệu quả làm sạch màng lọc PVDF bằng phương pháp rửa ngược chỉ đạt 43%., Khi sử dụng NaOCl 0,01%, việc loại bỏ chất cặn bám tăng lên 64%, và hiệu quả làm sạch tốt hơn khi sử dụng nồng độ NaOCl lớn hơn. Hiệu quả làm sạch màng lọc tốt nhất đạt được khi nồng độ NaOCl là 1%. Khi nồng độ NaOCl cao hơn (5 %), hiệu quả làm sạch màng lọc không được cải thiện, mà thậm chí còn thấp hơn (chỉ đạt 93%). Nồng độ NaOCl tối ưu 1% theo nghiên cứu này là tương đối cao so với các công bố trước đó, khi ứng dụng NaOCl làm sạch màng lọc, nhưng vẫn chưa đủ để có thể hồi phục màng lọc như lúc ban đầu. Nguyên nhân được đưa ra là do nồng độ dung dịch chiết tách sữa đậu nành đầu vào sử dụng cao hơn so với các nghiên cứu trước.
Ưu điểm và hạn chế của công nghệ MBR
Ưu điểm: Hệ thống MBR có thiết kế nhỏ gọn hơn so với quá trình BHT thông thường, do không cần bể lắng cấp hai và sản phẩm bùn dư ít (Cicek và ncs, 1998; Uẩn và Chi, 2008). Tỷ lệ chuyển hóa bùn trong hệ thống MBR chỉ khoảng 0,1 – 0,4 mg VSS/mg COD (Trouve và ncs, 1994), trung bình chưa bằng một nửa so với công nghệ BHT thông thường (0,4 – 0,7 mg VSS/mg COD (Metcalf và Eddy, 2003)). Do mật độ sinh khối trong bể phản ứng cao (MBR có thể hoạt động ở MLSS lên đến 20.000 mg/L nên một mặt năng suất xử lý tăng khoảng 5 - 7 lần so với BHT; mặt khác cho phép lưu bùn lâu và phân huỷ bùn ngay trong bể phản ứng dẫn đến giảm lượng và chi phí xử lý bùn thải .
Ngoài ra, với công nghệ MBR, màng lọc như một tấm rào cản cơ học đối với VSV nên có khả năng loại bỏ các vi khuẩn gây bệnh và không bị phụ thuộc vào chất lượng nước đầu vào. Hệ thống MBR có thể tách loại tổng coliform gần như tuyệt đối , do đó tiết kiệm được chi phí sử dụng hóa chất khử trùng, làm giảm chi phí vận hành hệ thống.
Hạn chế: Việc tách loại bằng màng cần thêm sự phối hợp hoạt động liên quan đến việc giảm thiểu tắc nghẽn màng nên vận hành phức tạp hơn so với quá trình bùn hoạt tính thông thường. Do vậy, không chỉ chi phí đầu tư cao mà còn tăng chi phí vận hành hệ thống do chi phí làm sạch màng (Đỗ Khắc Uẩn và ncs, 2015).