Lọc MF và UF Xử lý sinh học
hiếu khí Màng được sử dụng để tách sinh khối ra khỏi nước xử lý - Quá trình MBR (membrane bioreactor).
Xử lý sinh học kị
khí Màng cũng được ứng dụng để tách sinh khối ra khỏi nước xử lý trong bể kị khí xáo trộn hoàn toàn.
Xử lý sinh học
sục khí màng Màng được sử dụng để chuyển oxy tinh khiết vào sinh khối bám trên lớp ngoài của màng. Quá trình MABR (membrane aeration bioreactor).
Xử lý sinh học
màng chiết tách Màng được sử dụng để tách thành phần hữu cơ ra khỏi thành phần vô cơ để xử lý sinh học riêng. Quá trình màng sinh học chiết tách (EMBR).
Tiền xử lý cho quá trình khử trùng hiệu quả
Xử lý chất rắn lơ lửng còn dư trong dòng ra của quá trình lắng 2 hay lọc thông thường để đạt được hiệu quả khử trùng cho mục đích tái sử dụng nước.
Tiền xử lý cho
lọc NF và RO Loại bỏ SS và các chất keo, được xem như là giai đoạn tiền xử lý cho quá trình lọc NF và RO.
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
Hình. (a) bể phản ứng sinh học sục khí màng (MABR), (b) bể phản ứng sinh học tách màng (EMBR).
Ứng dụng màng trong xử lý nước thải
40 NCS: TRƯƠNG THỊ BÍCH HỒNG
Ứng dụng màng trong xử lý nước thải
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
Lọc NF Tái sử dụng nước
thải Xử lý nước thải đầu ra của quá trình lọc tiền xử lý (MF) cho mục đích tái sử dụng nước.
Làm mềm nước Giảm nồng độ các ion hóa trị 2 gây độ cứng của nước cho các mục đích đặc biệt như nồi hơi.
Lọc RO Tái sử dụng nước
thải Xử lý nước thải đầu ra của quá trình lọc tiền xử lý (MF) cho mục đích tái sử dụng nước trực tiếp.
Phân tán dòng ra RO có khả năng xử lý một lượng lớn các hợp chất lựa chọn như N-Nitrosodimethylamine (NDMA).
Xử lý 2 bậc nước
cấp cấp cho nồi hơi Quá trình lọc RO 2 bậc được ứng dụng để xử lý nước cấp cho nồi hơi áp lực cao.
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
Ứng dụng màng trong xử lý nước thải
• Ứng dụng màng trong các hệ thống xử lý nước thải truyền thống
42 NCS: TRƯƠNG THỊ BÍCH HỒNG
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
Nước thải sau quá trình lắng 2
MF RO Trao
đổi ion Ozone Cl2
UF RO Ozone UV Cl2
MF RO UV Cl2
MF RO RO UV
Cl2 Ozone
Lọc UV Hấp
phụ UF Đuổi
khí
Ứng dụng màng trong xử lý nước thải
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
MBR RO/Cl2
MBR RO UV Cl2
Nước thải sau quá trình lắng
1
SBR MF/UF RO UV Cl2
Ứng dụng màng trong xử lý nước thải
• Ứng dụng màng trong các hệ thống xử lý nước thải hiện nay
44 NCS: TRƯƠNG THỊ BÍCH HỒNG
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
Quá trình SBR kết hợp lọc màng
SBR Lọc màng
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
Chu trình hoạt động của bể SBR
Quá trình SBR kết hợp lọc màng
46 NCS: TRƯƠNG THỊ BÍCH HỒNG
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
Quá trình SBR kết hợp lọc màng
Ưu điểm:
•Kết hợp khử COD và N, P
•MLSS cao (3,000-6,000 mg/L) thể tích bể sục khí nhỏ
•Chu trình xử lý nhanh: 3 - 5 h
•Tải trọng hữu cơ cao
•Lắng và thải hiệu quả
Phù hợp cho tái sử dụng nước
• Độ đục: <2 NTU - 95%
<10 NTU - 100%
• MPN: <1 Coliforms/100 ml
Quá trình MBR
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
• Mô tả quá trình:
MBR = Phân hủy sinh học + Lọc màng
• Ưu điểm:
Chất lượng dòng ra tốt, phù hợp cho việc tái sử dụng. Hiệu suất cao: khử được đến 95% COD, 98% BOD, 99% TSS.
Kết cấu gọn.
Nồng độ MLSS cao nên thải ít bùn hơn so với phương pháp thông thường
48 NCS: TRƯƠNG THỊ BÍCH HỒNG
Quá trình MBR
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
(a) (b)
(c)
Hình. Các dạng bể MBR. (a) MBR có màng đặt bên ngoài, (b) MBR có màng đặt ngập chìm, (c) MBR bán ngập chìm
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
Hạng mục Đơn vị sMBR eMBR
Loại màng lọc - - Sợi rỗng (HF) - Dạng tấm
- Dạng ống - Dạng tấm
Áp lực lọc kPa 5 – 30 300 – 600
Tốc độ lọc LMH 15-35 50-10
Khả năng thấm1) LMH/kPa 0.5-5 0.07 - 0.3
Tỷ lệ tuần hoàn m3 nước vào/m3 dòng
thấm - 25-75
Nhu cầu năng lượng riêng - SED2)
kWh/m3 dòng
thấm 0.1-0.5 4-12
Chi phí màng3) $/m2 <50 >1,000
Chi phí đầu tư Thấp Cao
Chi phí vận hành Thấp Cao
Vệ sinh màng - Khó Dễ
Khả năng phát
sinh mùi - Cao Thấp
Mật độ chất màng Thấp Cao
50 NCS: TRƯƠNG THỊ BÍCH HỒNG
Quá trình MBR
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
• Khả năng xử lý của bể MBR
Thông số Đơn vị Giá trị
BOD đầu ra mg/L < 5
COD đầu ra mg/L < 30
NH3 đầu ra mg/L < 1
Tổng N đầu ra mg/L < 10
Độ đục đầu ra NTU < 1
Nguồn: Metcalf & Eddy, wastewater engineering treatment and reuse, McGraw-Hill, 2003.
Bảng. Hiệu quả xử lý nước thải sinh hoạt của quá trình MBR.
Quá trình MBR
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
• Mô đun màng:
Mô đun màng MF, UF dạng sợi rỗng được sử dụng phổ biến.
52 NCS: TRƯƠNG THỊ BÍCH HỒNG
Quá trình MBR
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
• Vật liệu màng:
Màng polymer, màng kim loại và màng vô cơ (màng ceramic).
Trong đó, màng polyvinylidene difluoride (PVDF) và polyethersulfone (PES), chiếm đến 75% tổng sản phẩm trên thị trường. Ngoài ra còn có các vật liệu khác như polyethylene (PE), polypropylene (PP) và polysulfone (PSF).
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
• Hiện tượng và cơ chế gây nghẹt màng
Hình. Hiện tượng nghẹt màng trong bể MBR
Quá trình MBR
54 NCS: TRƯƠNG THỊ BÍCH HỒNG
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
• Hiện tượng và cơ chế gây nghẹt màng
Hình. Cơ chế nghẹt màng: (a) thu hẹp lỗ rỗng của màng, (b) nghẹt lỗ rỗng của màng, (c) hình thành lớp
bánh trên bề mặt màng.
Quá trình MBR
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
• Các yếu tố ảnh hưởng đến nghẹt màng
Tính chất bùn (EPS/SMP, kích thước
bùn, thành phần vi sinh vật)
Tính chất màng (vật liệu, tính kị nước,
điện tích bề mặt, kích thước lỗ)
Hiện tượng nghẹt màng Tính chất nước thải
(COD, thành phần hòa tan, không hòa tan, các
hợp chất vô cơ) Điều kiện vận hành (DO, tốc độ sục khí, OLR,
MLSS, SRT, F/M)
Lực cắt thủy lực (Tốc độ sục khí, vận
tốc dòng)
Quá trình MBR
56 NCS: TRƯƠNG THỊ BÍCH HỒNG
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
• Biện pháp hạn chế nghẹt màng
Bổ sung vật liệu hấp phụ (than hoạt tính, zeolite), chất keo tụ (polyamide, diatomite) để hấp phụ chất keo và chất hòa tan có khả năng gây nghẹt màng đồng thời cải thiện cấu trúc bông bùn.
Bổ sung vật liệu chất mang để phát triển màng vi sinh bám dính.
Sử dụng bùn hạt hiếu khí thay cho bùn hoạt tính thông thường.
Màng kị nước bền với nhiệt độ, hóa chất nhưng dễ bị nghẹt. Do đó người ta thường hiệu chỉnh bề mặt màng kị nước bằng cách phủ lên bề mặt các polymer ưa nước để giảm nguy cơ nghẹt màng.
Quá trình MBR
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
• Biện pháp kiểm soát nghẹt màng trong quá trình vận hành:
Sục khí thô ở dưới mô đun màng để cọ bùn bám trên bề mặt màng.
Vận hành quá trình lọc màng gián đoạn khoảng 15-30 phút và rửa ngược bằng dòng thấm khoảng 30-45 giây. Một lượng nhỏ clorine có thể được bổ sung vào nước rửa ngược (nồng độ < 5 mg/L).
Cứ 3 lần 1 tuần, tiến hành rửa ngược màng bằng dung dịch NaClO (100 mg/L) trong khoảng 45 phút sau đó rửa lại bằng dòng thấm trong 15 phút để loại bỏ sạch clorine.
Tối đa 1 lần/6 tháng: lấy module màng ra khỏi bể để ngăm trong dd NaClO (1000-3000 mg/L) trong 5-8 h.
Quá trình MBR
58 NCS: TRƯƠNG THỊ BÍCH HỒNG
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
Bể bùn Bể CIP
Bơm Bể NaOCl
Bơm
Bơm Bể tràn
Chu trình lọc màng
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
Nước đã xử lý
Khí
Sục khí dưới mô đun màng để cọ bùn bám trên màng
60 NCS: TRƯƠNG THỊ BÍCH HỒNG
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
Bể CIP
Bể bùn Bể tràn
Bể NaOCl Bơm
Bơm Bơm
Chu trình rửa ngược, 15-30 phút lọc/30-45 giây rửa ngược
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
Bể bùn Bể CIP Bơm
Bể NaOCl
Bơm Bể lọc
Bơm
Chu trình rửa ngược bằng hóa chất, NaClO 100 mg/L
62 NCS: TRƯƠNG THỊ BÍCH HỒNG
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
NaOCl TankBể NaOCl
Bơm
Bể bùn Bể CIP Bể lọc nước ra Bơm
Bơm
Ngâm màng bằng hóa chất, NaClO 1000-3000 mg/L
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
• Tổn thất áp lực qua màng (TMP), tốc độ lọc (J) và tốc độ lọc riêng:
Quá trình MBR
64 NCS: TRƯƠNG THỊ BÍCH HỒNG
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
• Phương trình Darcy
Trong đó:
-J là tốc độ lọc bề mặt (m3/m2.h);
-V là thể tích dòng thấm (m3);
-t là thời gian lọc (s); là diện tích màng (m2);
P áp suất qua màng - TMP (kPa);
-μ là độ nhớt của dòng thấm (kPa.h);
-Rt là trở lực lọc màng (1/m);
Quá trình MBR
3. Ứng dụng CN màng trong xử lý nước thải
• Phương trình Carman-Kozeny
Trong đó:
-α là trở lực riêng do đóng bánh (m/kg);
-d là đường kính trung bình của bùn (m);
-C là nồng độ chất rắn (g/L).
Quá trình MBR
66 NCS: TRƯƠNG THỊ BÍCH HỒNG
Công nghệ màng trong xử lý nước và nước thải