Các yếu tố ảnh hưởng đến màng lọc và quá trình lọc màng

Một phần của tài liệu Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng (Trang 55 - 59)

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.5. Công nghệ sinh học kết hợp với lọc màng

1.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến màng lọc và quá trình lọc màng

Màng lọc dùng trong xử lý nước và nước thải là một tấm vật liệu hoạt động như một hàng rào chắn đối với dòng chảy của một hỗn hợp chất lỏng và các cấu tử trong đó (Judd, 2006).

Khả năng lọc của màng phụ thuộc vào kích thước lỗ màng. Nghĩa là các chất tan có kích thước lớn hơn kích thước lỗ màng sẽ bị giữ lại không vận chuyển qua màng. Tuy vậy, lỗ màng có kích thước không đều nhau, có một dải phân bố độ lớn nhất định nên vẫn có một phần tạp chất vận chuyển qua màng.

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến màng lọc và quá trình lọc màng, chẳng hạn như: nhiệt độ, pH, vật liệu màng, kích thước lỗ màng, tổn thất áp suất qua màng, đặc tính chất ô nhiễm, nồng độ bùn, chế độ sục khí, năng suất lọc, chế độ hoạt động, …

+ Nhiệt độ: Mỗi một loại vật liệu màng có một thông số giới hạn khác nhau.

Màng cenllulo axetat (CA) có giới hạn nhiệt độ khoảng 35oC. Màng polysulfone (PSO) và polyvinylidenedifluoride (PVDF) có nhiệt độ giới hạn cao hơn. PSO và PVDF vẫn có thể hoạt động bình thường ở 95oC. PSO còn có thể hoạt động trên 120 oC . Trong hầu hết các trường hợp, nhiệt độ thường không ảnh hưởng nhiều đến màng, mà chủ yếu ảnh hưởng đến các thành phần khác trong hệ thống lọc màng. Nhiệt độ tăng, độ nhớt giảm, và nhiệt độ ảnh hưởng đến năng suất lọc:

J = J20 x 1,025(T-20), (1.1011) trong đó: J – năng suất lọc ở nhiệt độ nước thải T (L/m2.h);

J20 – năng suất lọc ở nhiệt độ 20 oC (L/m2.h).

+ pH: Hầu hết các màng ổn định ở pH thấp. Khi pH cao, chức năng của nhiều màng bị thay đổi. Hiện nay, màng lọc đã được chế tạo để có thể hoạt động ở dải pH rất rộng từ pH 2 - 10. Ngoại trừ màng CA là có giới hạn pH hẹp từ 4 – 7.

+ Vật liệu màng: Vật liệu màng rất đa dạng, phong phú đáp ứng nhiều mục đích sử dụng. Trong đó có những vật liệu giá thành rất cao như polytetrafluroenthulene (PTFE), polivinylidene fluoride (PVDF), và cũng có

34

những vật liệu giá thành thấp hơn như cellulose acetate (CA). Màng PTFE và PVDF rất bền hóa chất và bền nhiệt. Trong khi đó, màng CA ổn định nhiệt, ổn định hóa chất và chịu kiềm kém. Ngoài ra, màng CA còn bị vi khuẩn phân hủy . Màng cũng có những loại ưa nước và kỵ nước. Tính thấm ướt là một đặc tính quan trọng của bề mặt màng. Góc tiếp xúc và góc trượt là 2 đại lượng quan trọng để đánh giá khả năng thấm ướt. Màng kỵ nước là màng có góc tiếp xúc > 90o. Màng ưa nước có góc tiếp xúc gần 0o. Màng PTFE là màng kỵ nước, và màng PVDF là màng ưa nước. Trong quá trình sử dụng, do đặc tính kỵ nước nên màng PTFE rất nhanh tắc, trong khi đó màng PVDF hoạt động lâu dài hơn.

+ Kích thước lỗ màng: Dựa vào kích thước lỗ màng có thể chia thành 4 loại màng là: màng thẩm thấu ngược RO, màng lọc nano NF (nanofiltration), màng siêu lọc UF (ultrafiltration), và màng vi lọc MF (microfiltration). Trong đó:

Thẩm thấu ngược RO (Reverse osmosis): là phương pháp lọc tốt nhất trong tất cả các phương pháp lọc màng. Quá trình lọc này chỉ cho nước đi qua màng còn tất cả các chất hoà tan, các chất rắn lơ lửng đều bị giữ lại. Màng lọc dùng trong trường hợp này cú kớch thước lỗ < 0,0005 àm; Màng Nano NF: màng NF chỉ giữ lại các ion có hoá trị lớn hơn 1 (Ca2+, Mg2+, SO42- …), trong khi những ion hoá trị 1 vẫn có thể đi qua màng. Kích thước lỗ của màng NF khoảng 0,0005 – 0,002 àm; Siờu lọc UF: là quỏ trỡnh lọc mà cỏc hợp chất cú phõn tử lượng lớn như là protein, các chất keo, chất rắn lơ lửng, vi khuẩn bị giữ lại, trong khi đó những hợp chất có phân tử lượng thấp có thể đi qua màng như axit hữu cơ, vô cơ, muối, kiềm…. Kớch thước lỗ của màng UF khoảng 0,002 – 0,1 àm; Vi lọc MF: là quỏ trình lọc chỉ có thể loại bỏ được các chất rắn lơ lửng, vi khuẩn, côn trùng, sinh khối, … Kớch thước lỗ của màng MF khoảng 0,1 – 10 àm.

Trong XLNT, hệ MBR thường dùng màng siêu lọc UF hoặc vi lọc MF, sau đó nếu xử lý tiếp thì mới dùng màng RO.

+ Áp suất qua màng: Tất cả các màng đều rất nhạy cảm với áp suất. Trong quá trình vận hành, hiện tượng tắc nghẽn màng xảy ra, thể hiện qua tổn thất áp suất qua màng tăng. Khi vượt quá giới hạn áp suất của nhà sản xuất, màng dễ bị

tổn thương nghiêm trọng. Đối với màng xuất xứ Trung Quốc giới hạn áp suất khoảng 37,5 cmHg; một số loại màng khác, giới hạn có thể lên đến 40 – 45 cmHg.

+ Bản chất và nồng độ của chất ô nhiễm: màng lọc nước phụ thuộc trực tiếp vào chất lượng nước liên quan đến quá trình tiền xử lý và để vận hành màng ở điều kiện phù hợp. Nước thải có nồng độ chất hữu cơ hòa tan và chất rắn lơ lửng cao thường gây ra hiện tượng tắc nghẽn màng nhanh hơn so với nước thải có nồng độ chất hữu cơ hòa tan và chất rắn lơ lửng thấp.

+ Nồng độ sinh khối: MLSS liên quan trực tiếp đến sự tắc nghẽn màng.

Nếu MLSS tăng cao thì làm giảm năng suất lọc. Trong hệ thống màng, nồng độ MLSS có thể lên tới mức giới hạn là 30 g/L, thường nồng độ này tối ưu ở khoảng 8 – 12 g/L (Kornboonraksa và Lee, 2009). Ở nồng độ 15 – 18 g/L, màng đã có dấu hiệu giảm năng suất lọc rõ rệt.

+ Chế độ sục khí: trong hệ thống màng, sục khí cung cấp ôxy cho VSV hoạt động và phục hồi khả năng lọc của màng. Trong bể MBR thường sục khí bằng bong bóng mịn để làm tăng hiệu quả hoà tan ôxy, còn trong màng thường thông khí bằng bọt thô để làm thông màng. Chế độ sục khí đóng vai trò quyết định đến việc ngăn ngừa cặn bám trên bề mặt màng lọc. Nhóm nghiên cứu Đỗ Khắc Uẩn (2012) đã nghiên cứu và xác định được ảnh hưởng của cường độ sục khí đến tốc độ dòng chảy trong bể phản ứng và ảnh hưởng của nó đến hiện tượng tắc màng.

Cụ thể, khi cường độ sục khí lớn hơn 0,069 L/cm2/phút, tốc độ dòng chảy lớn hơn 30,5 cm/s, trở lực màng lọc tăng không đáng kể, điều này đã hạn chế hiện tượng tắc màng và do đó kéo dài được thời gian vận hành.

+ Năng suất lọc: là lượng vật chất đi qua một đơn vị diện tích màng trong một đơn vị thời gian.

J (m3/m2/s) = , (1.1112)

36

Để nước có thể đi qua màng lọc cần một lực tác dụng, lực đó được gọi là tổn thất áp suất qua màng hay áp suất hút (ΔP). Trong quá trình lọc xuất hiện những chất ô nhiễm bám dính, lắng đọng tạo thành các lớp bánh lọc làm tăng trở lực màng lọc, dẫn đến làm suy giảm năng suất lọc. Năng suất lọc được mô tả theo phương trình 1.1213.

J = , (1.1213)

trong đó: J – năng suất lọc (m3/m2/s hay L/m2.h);

ΔP - áp suất qua màng (Pa hay cmHg);

à - đụ̣ nhớt (Pa.s hay kg/ms2);

Rt - tổng trở lực (L/m), Rt = Rm + Rc (Rm - trở lực bên trong màng; Rc - trở lực bánh lọc).

Khi trở lực tăng, để duy trì năng suất lọc ổn định thì cần một lực lớn hơn, do đó áp suất qua màng phải tăng.

Một vài nghiên cứu cũng chỉ ra rằng năng suất lọc là yếu tố chính kiểm soát mức độ tắc nghẽn, hơn cả yếu tố sục khí và hàm lượng chất rắn (Germain, 2005;

Gui, 2006). Do đó, lựa chọn được năng suất lọc phù hợp là rất cần thiết để giảm chi phí rửa màng và tăng thời gian vận hành cho hệ thống. Thông thường, năng suất lọc được duy trì trong khoảng 10 – 50 L/m2.h, tùy vào đặc điểm trong hệ xử lý như cách bố trí màng lọc, ảnh hưởng của nồng độ BHT, chất ô nhiễm, ...

+ Chế độ hoạt động: Trong quá trình lọc, năng suất lọc có xu hướng giảm trong khi đó áp suất qua màng có xu hướng tăng lên do sự tăng trở kháng trong quá trình lọc gây ra bởi sự tích tụ các chất bẩn lên bề mặt màng lọc. Bởi vậy, cùng một lúc rất khó kiểm soát được đồng thời cả 2 yếu tố này, do đó hệ thống lọc màng chỉ có thể duy trì hoạt động với một chế độ: hoặc là lựa chọn cố định áp suất qua màng hoặc là lựa chọn cố định năng suất lọc (Chu Xuân Quang, 2009). Với chế độ áp suất qua màng cố định , áp suất đầu vào được duy trì không đổi trong suốt quá trình hoạt động, do đó năng suất lọc sẽ suy giảm do tắc nghẽn

màng hoặc bị phân cực nồng độ trong quá trình lọc. Khi đó dẫn đến sự hình thành các lớp lắng đọng trên bề mặt màng trong quá trình lọc. Mặc dù hệ thống dễ dàng vận hành với chế độ này bởi duy trì áp suất đầu vào khá đơn giản, nhưng hiệu quả hệ thống trong đó năng suất lọc cần được quan tâm. Với chế độ năng suất lọc cố định, nghĩa là năng suất lọc được giữ không đổi, do đó áp suất qua màng phải tăng trong quá trình lọc để bù cho áp suất không đủ do sự gia tăng trở kháng bởi ô nhiễm và phân cực nồng độ trong suốt quá trình lọc. Khi đó, lớp lắng đọng trên bề mặt màng tăng cả về độ dày và lực nén thành phần. Trong chế độ năng suất lọc không đổi, thể tích lọc của hệ thống có thể biết trước, nhưng đòi hỏi phải điều chỉnh áp suất.

Một phần của tài liệu Nghiên cứu xử lý nước thải chăn nuôi bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng (Trang 55 - 59)

Tải bản đầy đủ (DOC)

(195 trang)
w