CÔNG NGHỆ SINH HỌC MBR XỬ LÝ NƯỚC THẢI

1. MBR là gì?

MBR là viết tắt cụm từ Membrane Bio-Reactor (Bể lọc sinh học bằng màng có thể định nghĩa tổng quát là hệ thống xử lý vi sinh của nước thải bằng công nghệ lọc màng.
Việc ứng dụng Màng MBR là kết hợp giữa công nghệ lọc màng và bể lọc sinh học – như là một công đoạn trong quy trình xử lý nước thải có thể thay thế (trong vài trường hợp) cho vai trò tách cặn của bể lắng bậc hai và bể lọc nước đầu vào, do vậy có thể lược bỏ bể lắng bậc hai, bể khử trùng và vận hành với nồng độ MLSS cao hơn => tiết kiệm diện tích Bể sinh học.
Việc ứng dụng Công Nghệ Lọc Màng MBR cho chất lượng nước sau xử lý tốt hơn, ổn định hơn công nghệ vi sinh truyền thống. Nước sau xử lý có thể tái sử dụng.

2. Cấu tạo bể MBR

Bể MBR được tạo nên từ các sợi rỗng hình phẳng hoặc dạng ống, thậm chí kết hợp cả 2 dạng này. Hiện nay có 05 loại cấu hình màng lọc MBR phổ biến nhất, đó là:

  • Sợi rỗng (HF)
  • Xoắn ốc
  • Phiến và khung (dạng phẳng)
  • Hộp lọc
  • Dạng ốn

3. Quy trình công nghệ MBR

Sơ đồ công nghệ MBR xử lý nước thải
Sơ đồ công nghệ MBR xử lý nước thải

3.1. Xử lý sơ bộ bằng phương pháp cơ học

Nước thải được thu gom về bể gom. Trong bể gom này có bố trí song chắn rác thô, song chắn rác tính và cụm bơm chìm nước thải, thiết bị đo mức dạng phao. Cụm bơm này sẽ luân phiên hoạt động để vận chuyển nước sang bể điều hòa. Phao đo mức có chức năng cảnh báo trạng thái cạn hoặc tràn của bể để quyết định số lượng bơm chạy.

Bể điều hòa có chức năng ổn định lưu lượng, nồng độ và thành phần các chất ô nhiễm trước khi đi vào các công đoạn xử lý tiếp theo. Trong bể này có bố trí hệ thống máy khuấy trộn chìm đặt cố định dưới đáy bể nhằm mục đích đảo trộn cho bể điều hòa. Tại bể điều hòa cũng lắp đặt cụm bơm chìm để vận chuyển nước thải sang công đoạn xử lý tiếp theo. Nước thải từ bể điều hòa được bơm lên cụm bể xử lý sinh học AO-MBR.

3.2. Xử lý sinh học theo công nghệ AO-MBR

  • Tại bể thiếu khí

Nước thải từ bể yếm khí được dẫn sang bể thiếu khí. Bể này có bố trí hệ thống sục khí dạng bọt thô để duy trì điều kiện xử lý sinh học thiếu khí và tăng cường xáo trộn tiếp xúc giữa nước thải và vi sinh. Tương tự trong bể yếm khí, nồng độ vi sinh vật cũng được duy trì ở mức cao khi sinh trưởng bám dính trên giá thể dạng sợi treo cố định trong bể.

Tại bể này xảy ra quá trình phân giải các hợp chất hữu cơ cacbon, đồng thời với quá trình khử Nito –  chuyển hóa Nitrat tuần hoàn lại từ bể hiếu khí thành khí N2, nhờ đó Nito được loại bỏ khỏi nước thải.

  • Tại bể hiếu khí + bể lọc màng MBR

Nước thải từ bể thiếu khí chảy sang ngăn hiếu khí. Ở bể này, một hệ thống sục khí dạng bọt mịn lắp đặt dưới đáy để duy trì điều kiện xử lý sinh học hiếu khí và cũng giúp tăng cường tiếp xúc giữa nước thải và vi sinh trong bể. Khí phân phối ở dạng bọt mịn giúp tăng diện tích tiếp xúc và kéo dài thời gian lưu bọt khí trong nước, đủ để oxy hòa tan khuếch tán vào nước cần thiết cho quá trình oxy hóa cơ chất của các vi sinh vật.

Tại bể này xảy ra quá trình oxy hóa các hợp chất hữu cơ cacbon để giảm BOD, COD. Ammoni có trong nước thải hoặc được tạo thành từ việc phân giải các hợp chất hữu cơ chứa Nito ở các giai đoạn trước sẽ được chuyển hóa thành Nitrat. Ammoni cũng một phần được vi khuẩn sử dụng để đồng hóa thành vỏ tế bào.

Tại bể hiếu khí, trong điều kiện cung cấp đủ oxy, vi khuẩn hấp thụ photpho cao hơn mức bình thường, lúc này photpho không những cần cho việc tổng hợp tế bào mà còn được vi khuẩn chứa thêm một lượng dư vào trong tế bào. Các vi khuẩn này có ưu thế cạnh tranh cao hơn các loại vi khuẩn khác do có thể tích trữ một lượng chất hữu cơ sẵn sàng cho việc tiêu thụ của chúng. Trong điều kiện thuận lợi, chúng phát triển nhanh về số lượng, kết quả là làm tăng lượng photpho trong bùn hoạt tính dư được thải ra.

  • Tại bể MBR , diễn ra các quá trình lọc – rửa ngược – rửa hóa chất.

+ Qúa trình lọc: Cụm màng hoạt động theo nguyên lý lọc không liên tục và sục khí liên tục, bơm lọc được điều khiển bởi phao trong bể MBR. Trong khi hoạt động, màng sẽ bị bám bẩn dần bởi bông bùn sinh học, khi sục khí, các bọt khí di chuyển từ dưới lên sẽ tạo ra sự xáo trộn và làm bong bông bùn trên bề mặt màng, tuy nhiên, nếu bơm rút hoạt động liên tục thì sự xáo trộn không đủ để làm sạch bề mặt màng, vì vậy, ngưng bơm lọc và sục khí liên tục sẽ làm giảm đi hiện tượng bám bẩn trên màng.

+ Qúa trình rửa ngược: Mặc dù hệ thống MBR hoạt động theo nguyên tắc lọc gián đoạn và sục khí liên tục, bề mặt màng cũng sẽ bị bám bẩn theo thời gian hoạt động. Ở một giá trị thông lượng thiết kế, áp suất lọc cần thiết sẽ tăng lên và đạt đến giá trị cần rửa ngược để khôi phục lưu lượng như ban đầu.

+ Qúa trình rửa hóa chất: Sau một thời gian dài lọc và rửa ngược, áp suất qua màng sẽ tăng lên do bùn tích tụ dần trên bề mặt màng và rửa ngược không thể loại bỏ các chất bám bề mặt một cách hiệu quả khi đó cần dùng hóa chất để ngâm rửa màng.

Hình ảnh 1: Màng lọc MBR dạng sợi
Hình ảnh 1: Màng lọc MBR dạng sợi

 

Hình ảnh 2: Màng lọc MBR dạng tấm
Hình ảnh 2: Màng lọc MBR dạng tấm

Tại bể màng lọc MBR có bố trí các bơm chìm nước thải hoạt động luân phiên để tuần hoàn lại dòng nước thải chứa Nitrat từ bể màng lọc MBR về bể thiếu khí cho quá trình đề nitrat hóa diễn ra ở bể thiếu khí .Bùn dư được bơm hút về bể chứa bùn.

Nước sau khi xử lý, đạt các tiêu chuẩn xả thải theo QCVN trước khi xả ra ngoài môi trường.

4. Ưu, nhược điểm của công nghệ MBR

Ưu điểm

  • Với kích thước lỗ màng là nhỏ, màng MBR có thể tách các chất rắn lơ lững, hạt keo, vi khuẩn, một số virus và các phân tử hữu cơ kích thước lớn. Do đó, quá trình MBR không cần phải xây thêm bể lắng bùn sinh học và bể khử trùng phía sau, tiết kiệm diện tích bể sinh học —> giảm được chi phí xây dựng và thiết bị, giảm chi phí vận hành và giảm được diện tích xây dựng có thể dùng cho mục đích khác.
  • Thời gian lưu nước ngắn (2.5-5 giờ) so với công nghệ bùn hoạt tính thông thường (>6 giờ) —> giảm diện tích đất cần thiết, nhất là đối với các khu vực bệnh viện, khách sạn, cáccao ốc văn phòng và các công trình cải tạo nâng cấp không có diện tích đất dự trữ. (3) Nồng độ vi sinh MLSS trong bể cao và thời gian lưu bùn (Sludge Retetion Time-SRT) dài nên khối lượng bùn dư sinh ra ít —> giảm chi phí xử lý, thải bỏ bùn. Ngoài ra, do nồng độ bùn trong bể cao nên sẽ làm giảm khả năng nổi của bùn, tăng hiệu của xử lý của bùn hoạt tính.
  • MBR được thiết kế với nồng độ bùn hoạt tính cao (5000-12.000 mg/l) và tải trọng BOD xử lý cao —> giảm thể tích của bể sinh học hiếu khí —> giảm chi phí đầu tư xây dựng.
  • Chất lượng nước sau xử lý luôn luôn được đảm bảo tốt nhất mà không cần quan tâm trong nước đầu ra có chứa bùn hoạt tính lơ lửng, các vi khuẩn gây bệnh và kiểm soát chlorine dư.
  • Nước sau xử lý màng MBR có lượng chất rắn rất thấp (<5 mg/l), BOD5 và COD thấp, do đó, nước thải có thể được sử dụng cho các mục đích khác nhau như giải nhiệt, tưới cây hoặc rửa đường….
  • Quá trình vận hành đơn giản và dễ dàng hơn so với quá trình thông thường. MBR có thể điều chỉnh hoàn toàn tự động trong quá trình vận hành, không cần phải đo chỉ số SVI hàng ngày (đây là chỉ số rất quan trọng đối với quá trình thông thường) —> ít tốn nhân công vận hành.
  • Trường hợp nhà máy có nâng công suất hoạt động lên thì đối với quá trình MBR chỉ cần đầu tư thêm modul màng MBR.

Nhược điểm

  • Màng MBR có thể xảy ra tình trạng bị nghẽn, tắc
  • Bể MBR phải sử dụng đến hóa chất để làm sạch màng MBR theo định kỳ.
  • Chi phí đầu tư và thay thế màng MBR lớn.

4. Phạm vi áp dụng

  • Xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị.
  • Xử lý nước thải bệnh viện.
  • Ấp dụng với quy mô công suất nhỏ đến trung bình, công trình có diện tích ít, cần hệ thống xử lý nhỏ gọn. Có nhu cầu tái sử dụng với các mục đích: tưới tiêu, rửa đường, rửa xe,…