GVHD : GVC. TS Trần Thị Mỹ Diệu
SVTH: Bùi Quang Chí & Trần Thị Thanh Tâm
ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ SỬ DỤNG THIẾT BỊ MBR TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO BỆNH VIỆN QUY MÔ NHỎ
1. TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN
1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN
Theo số liệu của tổng cục
thống kê, vào năm 2011, dân số trung bình của cả nước là 87,84 triệu người,
tăng 1,04% so với năm 2010. Dự báo trong năm 2012, dân số Việt Nam sẽ vượt ngưỡng
88 triệu người. Sự gia tăng dân số nói chung và gia tăng dân số cơ học nói
riêng đã tạo ra các nguồn rác thải lớn, đồng thơi gây ô nhiễm môi trường không
khí, môi trường nước, nhất là tại các khu vực đô thị và các làng nghề. Môi trường
ngày một ô nhiễm đã gây ảnh hưởng vô cùng nghiêm trọng đến sức khỏe của cộng đồng.Chính
vì thế nhu cầu khám chữa bệnh của người dân ngày càng lớn dẫn đến lượng chất thải
y tế phát sinh ngày càng nhiều.Theo Bộ
Y tế, cả nước hiện có khoảng 13.500 cơ sở y tế, mỗi ngày tổng lượng chất thải từ
các cơ sở y tế thải ra khoảng 350 tấn rác thải rắn (trong đó 40,5 tấn là chất
thải rắn nguy hại phải được xử lý bằng những biện pháp phù hợp) và trên
150.000m³ nước thải. Tuy nhiên, đáng lo ngại là cả nước hiện còn tới 56% số bệnh
viện chưa có hệ thống xử lý nước thải và 70% hệ thống xử lý nước thải hiện có
không đạt tiêu chuẩn. Một trong những nguyên nhân dẫn đến hiện trạng trên đó là
chưa tìm được công nghệ phù hợp với điều kiện của các cơ sở y tế.Tìm được công
nghệ vừa đảm bảo chất lượng nước sau xử lý đạt chuẩn với chi phí thấp và kích
thước phù hợp với diện tích của hiện tại của cơ sở là một thách thức không nhỏ
đối với các bệnh viện, đặc biệt là các bệnh viện có quy mô nhỏ.
1.1.1 Định nghĩa nước thải bệnh
viện
Nước thải phát sinh từ rất nhiều
khâu khác nhau trong quá trình hoạt động của bệnh viện.Nguồn phát sinh nước thải
tại bệnh viện gồm: nước thải có nguồn gốc từ các hoạt động sinh hoạt của bệnh
nhân, người nuôi bệnh, cán bộ công nhân viên làm việc trong bệnh viện. Cụ thể từ
các phòng phẫu thuật, phòng xét nghiệm, phòng thí nghiệm, từ các nhà vệ sinh, từ
giặt giũ, rửa thực phẩm, bát đĩa, từ việc làm vệ sinh phòng... Xét về nguồn gốc
phát sinh nước thải bệnh viện gần giống như nước thải sinh hoạt, nhưng về khía
cạnh vệ sinh dịch tễ, nước thải bệnh viện chứa nhiều loại vi khuẩn gây bệnh có
nguồn gốc từ người bệnh và các chất độc hại khác hình thành trong quá trình điều
trị.
1.1.2
Đặc
tính nước thải bệnh viện
Đặc tính của nước thải bệnh viện:
ngoài những yếu tố ô nhiễm thông thường như chất hữu cơ, dầu mỡ động thực vật,
vi khuẩn, còn có những chất bẩn khoáng và hữu cơ đặc thù như các phế phẩm thuốc,
các chất khử trùng, các dung môi hóa học, dư lượng thuốc kháng sinh, các đồng vị
phóng xạ và các chất tẩy rửa (chất hoạt động bề mặt),….
Điểm đặc thù của nước thải y tế
là sự lan truyền rất mạnh các vi khuẩn gây bệnh, nhất là nước thải từ những bệnh
viện chuyên về bệnh truyền nhiễm cũng như khoa lây nhiễm của các bệnh viện
khác. Những nguồn nước thải này là một trong những nhân tố cơ bản có khả năng
gây truyền nhiễm qua đường tiêu hóa và làm ô nhiễm môi trường. Đặc biệt nguy hiểm
khi nước thải bị nhiễm các vi khuẩn gây bệnh có thể dẫn đến dịch bệnh cho người
và động vật qua nguồn nước, qua các loại rau được tưới bằng nước thải. Khi bệnh
viện nằm trong đô thị hay khu dân cư đông người, các dịch bệnh càng có cơ hội
phát triển lây lan nhanh chóng.
1.2 CÁC CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI BỆNH VIỆN HIỆN NAY
Nước thải BV chứa vi khuẩn lây bệnh, nhưng không
phải BV nào cũng xử lý theo QCVN 28-2010 ngày 16/12/2010 Bộ TN&MT hay tiêu
chuẩn trước đó. Hải Phòng, có 3/17 số BV có hệ XLNT và 3/17 số BV có hệ xử lý
không hoạt động, 11/17 BV không có XLNT. Hà Nội có 36/61 BV không có hệ XLNT,
22 BV có hệ XLNT, 3 hệ XLNT không hoạt động.TP.Hồ Chí Minh, có 5 bệnh viện
không có hệ XLNT; 40 hệ XLNT; 6 hệ không hoạt động/XLNT không đạt yêu cầu. Đà
Nẵng: 4 BV không có hệ XLNT, 16 hệ đang hoạt động. 14 BV không có hệ XLNT tại
Huế. Tất cả 52,3% (90/172) BV có hệ XLNT, còn lại 40,7% không có XLNT, 7,0% BV
XLNT không hoạt động, (bảng 1). Nhiều hệ XLNT đang hoạt động quá tải, chủ yếu
các hệ XLNT xây lắp bằng ngân sách nhà nước (86,7%).
Theo “Nghiên cứu khảo
sát hiện trạng nước thải bệnh viện, công nghệ và đề xuất cải thiện” của tiến sĩ
Ngô Kim Chi thuộc Viện khoa học và công nghệ Việt Nam
Trung bình hệ XLNT công suất 0,45m3/g. thực
tế/ngày, lượng nước sử dụng là 0,65m3/g. thực tế/ngày, công suất thiết kế hệ
XLNT là 0,93 m3/g.kế hoạch/ngày. Con số trung bình này ở TP. Hồ Chí Minh là
0,6; 0,66m3/g. thực tế/ngày, 0,7m3/g. kế hoạch/ngày, các hệ XLNT đều chạy hết
công suất. BV Hải Phòng sử dụng ít nước hơn với các số liệu là 0,32;
0,33m3/g.thực tế/ngày, 0,51m3/g.kế hoạch/ngày và Đà Nẵng là 0,46, 0,63m3/g.
thực tế/ngày, 0,87m3/g.kế hoạch/ngày, nhiều hơn Huế với 0,44 m3/g.thực tế/ngày,
0,49m3/g./ngày, và 0,72m3/g.kế hoạch/ngày thể hiện ở bảng 2.
3. Công nghệ XLNTBV:
Nước thải BV có các chỉ số đặc trưng BOD:
180-280mg/l, COD: 250-500mg/l, SS: 150 - 300mg/l, H2S: 6-8mg/l, T-N: 50-90mg/l,
T-P: 3-12(mg/l), Coliform: 106-109 MNP/100ml. Công nghệ bùn hoạt tính, bể lọc
sinh học, tiếp xúc sinh học, màng sinh học (MBR), bể phản ứng theo mẻ (SBR) là
công nghệ phổ biến cho XLNT BV tại Việt Nam và phân thành các nhóm: sục khí bùn
hoạt tính và xử lý sinh học nhỏ giọt sau đó lọc (Nhóm 1), CN2000 xử lý hữu cơ
tải trọng cao (là loại màng sinh học cải tiến - Nhóm 2), sục khí tiếp xúc màng
sinh học (MBR), lọc sinh học Bio-for, V69, FBR (nhóm 3), công nghệ AAO, SBR và
khử trùng 03, uv (Nhóm 5), xử lý sơ bộ + yếm khí/bể tự hoại (Nhóm 4). Phương
pháp khử trùng hiện các BV sử dụng là dùng Hypochlorite calcium (CaOCh),
chloruamin B, ozone, tia cực tím. Chưa có BV nào khử trùng công nghệ lọc màng
ngăn các vi khuẩn, vi rút và không sử dụng hóa chất.
Loại công nghệ xử lý, nhóm I chiếm ưu thế hơn
(56,9%) do chi phí đầu tư thấp, ở TP HCM tỷ lệ này là 60,9%. Loại II xử lý sinh
học cao tải (CN2000 mới đầu tư, có nhiều ở Đà Nẵng) và Hà Nội 10,8% (11/102).
Tuy nhiên, nước thải BV Việt Đức (Hà Nội), BV E (Hà Nội) không đáp ứng yêu cầu
amoni theo QCVN 28-2010, mức 2. Các hệ xử lý nước thải lọc màng sinh học (MBR)
loại III chiếm 9,8% hay (10/102), Hải Phòng có 5 BV (5,75%) trang bị loại công
nghệ này với tên V69. Bên cạnh đó còn một số tên gọi thiết bị khác là BIOX1,
BIO sinh học, FBR. Có 15,7% bệnh viện sử dụng công nghệ loại IV đơn giản, đầu
tư thấp, 6,9% BV được đầu tư hệ xử lý công nghệ AAO, công nghệ SBR (loại V) và
một số khác với suất đầu tư cao hơn, (bảng 3,4). Nhiều đơn vị cho biết, chi phí
XLNT khoảng 2.500 đ/m3/ngày. Công nghệ bùn hoạt tính sinh nhiều bùn hơn (0,012%
m3 bùn/công suất năm) so với công nghệ khác như màng sinh học hoặc lọc sinh học
cao tải.
Các BV có hệ XLNT nhưng không hoạt động cho biết, nguyên nhân là do hệ XLNT chức năng kém, không sửa chữa khắc phục được; xử lý không đạt tiêu chuẩn, quá công suất xử lý. Có 66/90 BV cho biết, không đủ ngân sách hoạt động, thiếu cán bộ chuyên môn có đủ kiến thức để vận hành và khắc phục sự cố.
Hướng dẫn quản lý chất thải lỏng là mối quan tâm hàng đầu trong XLNT. Việc tách riêng các dòng thải lỏng không được quan tâm chú trọng, không nhận thức được các dòng thải có đặc tính khác nhau và trộn lẫn nước thải vào hệ thống thoát, không tách và xử lý tại nguồn (49,2%). Pha trộn lẫn nhau, chi phí xử lý sẽ tăng và khó đạt tiêu chuẩn môi trường. Tuy nhiên, 15,12% BV trả lời đã ký hợp đồng với nhà thầu bên ngoài; 22,67% BV trả lời không thải những dòng thải (thuốc độc hại, bức xạ/đồng vị, hóa chất quang học, hóa chất khác). Một số BV(12,79) biết, phương pháp xử lý chất thải lỏng nhưng không đầy đủ (bảng 5). Một số BV (12,79%) biết cách xử lý dịch thải lỏng.
Chỉ có 20 BV ở TP. Hồ Chí Minh cho biết, họ xử lý dòng thải lỏng riêng theo tính chất dòng thải (axit/kiềm, dung môi, chất lỏng có kim loại nặng, chất quang hóa, chất sát trùng, phóng xạ, khác)
2. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ
MÀNG LỌC MBR (Membrance bioreaction)
2.1 TỔNG
QUAN VỀ MÀNG
Màng (membrance)
được định nghĩa như là một lớp film phân tách mỏng của 2 hoặc nhiều
thành phần của dòng chất lỏng. Ưu điểm của công nghệ màng là sự phân tách liên
tục, năng lượng tiêu thị ít, dễ kết hợp với công nghệ có sẵn, dễ thu gọn, và
không sử dụng thiết bị phụ trợ. Màng được phân chia thành 4 loại dựa vào kích
thước lỗ lọc.
Màng vi lọc là loại màng có kích thước lớn nhất.
Ứng dụng của nó là tách phần lơ lửng từ các chẩt không hoà tan. Màng vi lọc là
loại có đường kính lỗ giới hạn, kích thước từ 0,1 đến 10 µm.
Màng siêu lọc thường được sử dụng để tách các phần
từ lớn như protein và tinh bột hoặc các loại như vi khuẩn. Màng siêu lọc là
màng giới hạn bởi khối lượng phân tử, được xác định là khối lượng phân tử của
phân tử nhỏ nhất. Màng vi lọc có kích thước từ hạt đến phân tử thay đổi trong
khoảng 1000 đến 500000 dalton khối lượng phân tử (cheryan, 1998).
Màng lọc nano giữ lại các phân tử hoà tan từ 100
đến 1000 daltons khối lượng phân tử. Màng lọc nano là loại có giới hạn phân tử
giống với màng siêu lọc hoặc phần trăm loại bỏ sodium chloride giống như RO.
Hiện nay có sáu cấu hình màng cơ bản được sử dụng,
mỗi loại cấu hình có những ưu điểm và giới hạn riêng. Phân loại cấu hình màng
chủ yếu dựa trên dạng hình học và các thực liên kết các màng, bao gồm:
1) Tấm phẳng (flat
sheet-FS)
2) Sợi rỗng (hollow
fibre-HF)
3) Tổ hợp ống (multi
tubular-MT)
4) ống mao dẫn
(capillary-CT)
5) Hộp xếp ly (pleated
filter cartridge-FC)
6) Vết xoắn ốc
(spiral-wound-SW)
Trong số các cấu hình màng kể trên, chỉ có ba loại
đầu được sử dụng trong MBR với những lý do như: cho phép tốc độ chảy rối, dễ
làm sạch, thông dụng…
2.2 TỔNG
QUAN VỀ BỂ SINH HỌC BẰNG MÀNG MBR
Hệ thống MBR được phát triển đầu tiên vào năm
1970 cho việc xử lý nước thải.MBR có thể được ứng dụng để xử lý nước thải đô thị
và công nghiệp. MBR được sử dụng cho nước bị ô nhiễm được dựa trên sự kết hợp của
bể phản ứng với vi sinh vật để giảm các hợp chất ô nhiễm và màng lọc. Điểm thuận
lợi của hệ thống này là sự cho tất cả sinh khối nằm trong bể phản ứng vì thế việc
loại bỏ bùn lơ lửng và khử trùng phụ thuộc vào ngưỡng giới hạn của màng.
Quy trình xử lý bể sinh học bằng màng MBR (Membrane Bio Reactor) có thể
loại bỏ chất ô nhiễm và vi sinh vật rất triệt để nên hiện nay được xem là công
nghệ triển vọng nhất để xử lý nước thải.
MBR là kỹ thuật mới xử
lý nước thải kết hợp quá trình dùng màng với hệ thống bể sinh học thể động bằng
quy trình vận hành SBR sục khí 3 ngăn và công nghệ dòng chảy gián đoạn.MBR là
sự cải tiến của quy trình xử lý bằng bùn hoạt tính, trong đó việc tách cặn được
thực hiện không cần đến bể lắng bậc 2.
Nhờ sử dụng màng, các
thể cặn được giữ lại trong bể lọc, giúp cho nước sau xử lý có thể đưa sang công
đoạn tiếp theo hoặc xả bỏ / tái sử dụng được ngay.
Tiền xử lý: như lưới lọc, song chắn rác.
— Xử lý bậc 1: khử chất hữu cơ, N, P.
— Xử lý bậc 2: phân tách hai pha rắn và pha lỏng
khi qua màng.
Vai trò của bể lọc tách bằng màng:
— Cấp đầy dưỡng chất bằng hấp thu lượng amoni và P
còn lại.
— Khử hết sinh vật còn lại.
— Vận hành gián đoạn (7~12 phút chạy, 3 phút
ngưng).
— Làm sạch màng chỉ bằng thổi khí ngược.
— Vận hành liên tục trên 6 tháng, lưu tốc 0.3
m3/m2.ngày.
MBR có thể được vận hành trong thời gian lưu bùn
rất lâu SRT từ 5-50 ngày và mật độ bùn cao trong bể phản ứng và tỷ số F/M thấp
(Visvanathan et al., 2000). MBR có khả năng nitrat hoá hơn quá trình bùn hoạt tính thông thường vì thời gian cho vi
khuẩn nitrat hoá lâu hơn (SRT dài, F/M thấp) và kích thước bùn nhỏ hơn. Bông
bùn nhỏ cho phép quá trình chuyển các chất dinh dưỡng và oxy vào bể nhiều hơn
(Gender et al., 2000). Sử dụng màng lọc còn ngăn ngừa sự rửa trôi vi sinh vật
nitrat hoá trong thời điểm SRT và HRT ngắn (Soriano et al.,2003). Hiệu quả khử
chất hữu cơ của công nghệ MBR thường rất cao 95% trong thời gian ngắn (Holler
và Trusch., 2001).
Công nghệ MBR có 2 hệ thống là màng đặt ngập
trong bể phản ứng (iMBR) và màng đặt ngoài (sMBR). Ứng với nó là hai dạng điều
khiển thuỷ lực: bơm và nén khí. Cấu hình và dạng chuyển động của chất lỏng
trong bể phản ứng nào được sử dụng thông thường phụ thuộc vào quá trình tách
sinh khối.Tuy nhiên ở cả hai dạng thiết bị này, quá trình thẩm thấu và khuếch
tán đều diễn ra, và có thể sử dụng với không chỉ mục đích tách sinh khối ra khỏi
nước đã xử lý.Các cấu hình màng sử dụng cho hai dạng thiết bị này cũng khác
nhau. Nhìn chung iMBR có cường độ năng lượng sử dụng thấp hơn so với sMBR, khi ứng
dụng mô hình màng với bơm nằm ngoài bể phản ứng sẽ đòi hỏi năng lượng khoảng gấp
đôi so với màng ngập trong nước. Để tận dụng tốt thế năng của dòng nước trong
trường hợp sử dụng sMBR thì đường ống dẫn nước càng dài càng tốt.không những thế,
sMBR còn có xu hướng tắc màng cao hơn iMBR bởi vì nó thường được vận hành với
thông lượng cao, mà khả năng màng lại tăng theo thông lượng, trường hợp này gọi
là giới hạn thông lượng.
Bảng5 Những thuận lợi và bất bợi của việc đặt ngập
và đặt màng ngoài bể phản ứng (Modified Stepenson et al.,2000)
Màng đặt ngập
|
Màng đặt ngoài
|
Thuận lợi:
· Diện tích nhỏ
· Điều khiển lượng O2
cần thiết
· Ít rửa màng
· Chi phí vận hành thấp
· Chi phí bơm rửa màng
thấp
· Năng lượng tiêu thụ thấp
|
Thuận lợi:
· Diện tích nhỏ
· Loại bỏ hoàn toàn chất
rắn ở đầu ra
· Khử trùng đầu ra
· Có khả năng vận hành tải
trọng cao
· Kết hợp loại bỏ COD,
chất rắn, chất dinh dưỡng trong cùng 1 đơn vị
· Bùn sinh ra thấp
· Thời gian khởi động
nhanh
· Không có vấn đề về sự
tăng thể tích
|
Bất lợi:
· Dễ bị tắc màng
· Chi phí khí cao
|
Bất lợi:
· Sục khí có giới hạn
· Dễ bị tắt màng
· Giá màng lọc
· Chi phí vận hành cao
· Chi phí bơm cao
· Yêu cầu rửa màng cao
· Quá trình phức tạp
|
2.3 HIỆN
TƯỢNG NGHẸT MÀNG
Đối với công nghệ MBR thì hiện tượng nghẹt màng
là không tránh khỏi, do đó cần rửa màng thường xuyên. Đây là khó khăn của việc ứng
dụng công nghệ MBR trong quá trình xử lý
Nghẹt màng là đặc trưng cho việc giảm thông lượng
dòng qua màng, kết quả là làm tăng trở lực dòng phụ thuộc vào sự cản trở lỗ lọc,
nồng độ phân cực và sự hình thành lớp bánh bùn. Nghẹt màng phụ thuộc vào nhiều
yếu tố như sự tích luỹ các hạt bùn, bám dính những đại phân tử trên bề mặt màng
và tắc nghẽn màng bởi những phân tử nhỏ, và lớp bùn hình thành bởi sự tích luỹ
các phân tử bùn. Sự nghẽn màng sẽ không được quan sát khi thông lượng dòng được
duy trì ở dưới mức giới hạn, khi vượt qua ngưỡng giới hạn, các phân tử bắt đầu
tích luỹ trên bề mặt màng gọi là lớp bánh bùn.Lớp bánh bùn này có thể được loại
bỏ khỏi bề mặt màng bằng phương pháp rửa vật lý, sự nghẹt màng thuận nghịch. Một
nguyên nhân khác gây nên nghẹt màng là do sự hấp thụ các phần tử hoà tan vào
trong lỗ lọc của màng, sự cản trở lọc này gọi là sự nghẹt màng không thuận nghịch
và nó có thể loại bỏ bằng phương pháp hoá học.
2.3.1 Cơ
chế nghẹt màng
Có 3 cơ chế hình thành lớp bánh bùn và nguyên
nhân là do sự phân cực, bít lỗ màng và làm hẹp lỗ màng
· Lớp bánh bùn là điểm giới
hạn của sự phân cực nơi mà một số lượng lớn các phân tử đã được tích luỹ trên
màng phụ thuộc vào kích thước lỗ
· Sự bít lỗ màng là nguyên
nhân bởi các đại phân tử hữu cơ đi vào lỗ lọc và một vài kim loại nặng làm cho
sự tắt nghẽn trở nên nhanh hơn. Những vi khuẩn nhỏ hơn cũng có thể tập trung lại
và làm nghẹt lỗ lọc.
· Một vài chất bẩn, những
vi khuẩn nhỏ và đại phân tử hoà tan cũng vào lỗ lọc và hơn nữa hình thành bức
tường lỗ lọc, dẫn đến làm giảm diện tích lỗ lọc trên màng và làm gia tăng trở lực
của màng. Cơ chế này được gọi là làm hẹp lỗ màng.
Ba loại chất bẩn chính gây nghẹt màng:
- Kết tủa hữu cơ (cơ chất
sinh học, đại phân tử…). Đại phân tử có thể là phân tử protein trong nước thải
và các đại phân tử hữu cơ hoặc chuỗi hữu cơ là sản phẩm phát sinh từ quas trình
phân huỷ sinh học.
- Kết tủa(hydroxit kim loại,
muối canxi,…) thay đổi tuỳ điều kiện môi trường(pH, ion) phụ thuộc vào hoạt động
của vi sinh vật trong MBR hình thành chất kết tủa. Kết tủa dạng keo (hổn hợp
hydrat hoá của calcium photphat và citrate,..) rất dễ hình thành sự nghẹt màng.
- Các hạt (tế bào, mảnh vỡ,
bông bùn sinh học,…) các phân tử trong chất lỏng hình thành lớp bánh bùn trên bề
mặt màng và kết quả là giảm thông lượng màng.
2.3.2 Chỉ
số nghẹt màng
Sự tích luỹ cơ chất trên bề mặt màng hoặc trong
lỗ lọc của màng sẽ làm giảm nhanh chóng tính thấm của màng và giảm hiệu quả quá
trình lọc.Chỉ số tắc nghẽn thường được sử dụng để dự đoán khả năng tắc nghẽn của
màng dựa trên cơ chế lọc bánh bùn.Chỉ số này dựa vào cơ chế lọc bánh bùn, thể
hiện mối tương quan giữa thời gian lọc và thể tích lọc với dòng chảy vuông góc
với áp suất lọc không đổi. Chỉ số nghẹt màng tăng với sự gia tăng áp suất do
nén lớp bánh bùn. Sự nén lớp bánh bùn không diễn ra suốt thời gian vận hành mà
chỉ diễn ra trong thời gian ngắn. Chỉ số nghẹt màng được tính từ gradient của
việc lọc có sự xuất hiện của lớp bánh bùn với áp suất không đổi
Với V: thể tích lọc
t: thời gian lọc
µ:
độ nhớt hoà tan
α: trở lực đặc biệt do sự tích tụ lớp bánh bùn
Cb:
nồng độ hạt trong nước đầu vào
2.3.3 Các
yếu tố ảnh hưởng quá trinh nghẹt màng
Tải trọng hữu cơ và thời gian lưu nước: Tải trọng
hữu cơ và thời gian lưu nước là những yếu tố ảnh hưởng trực tiếp lên sự nghẹt
màng.
Thời gian lưu bùn hoặc tuổi bùn liên quan đến
quá trình tạo ra bùn dư, và nó ảnh hưởng đáng kể đến quá trình sinh học vì đã
thay đổi thành phần cấu tạo của bùn. Thời gian lưu bùn dài và thời gian lưu nước
ngắn có thể làm gia tăng sinh khối, điều này làm cho sự phân huỷ sinh học diễn
ra dễ dàng đối với những chất khó phân huỷ. Tuy nhiên mật độ bùn cao dẫn đến hiện
tượng nghẹt màng và oxy truyền dẫn thấp, giảm hiệu quả MBR.
Vận tốc dòng chảy xuôi trong hệ thống màng ngập
trong bể là nguyên nhân chính dẫn đến hiện tượng nghẹt màng.Vận tốc chảy xuôi
dòng đủ để ngăn chặn sự nghẹt màng và vận hành trong thời gian đủ dài.Nó còn ảnh
hưởng đến các yếu tố như tỉ lệ sục khí, cấu trúc bể phản ứng và độ nhớt của chất
lỏng. Vận tốc chảy xuôi dòng không chỉ cung cấp oxy cho sinh khối mà còn duy
trì khả năng lơ lửng của bùn, làm sạch bề mặt màng và loại bỏ sự nghẹt màng
2.4 ỨNG DỤNG
TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI
2.4.1 Tình
hình ngoài nước
Mô hình lớn đầu
tiên ở Mĩ được lắp đặtvào năm 1998,hệ
thống MBRmàngchoxử lý nước thảitừ các thành phầnthực phẩmđược trồngở New Milford,CT(Cantor
etal, 2000) củaNestle. Họáp dụnghệ thốngMBRđã loại bỏ hơn 90 % nitơ tổng
sốtrongxửlýnước thảivới nitơtốiđavà nồng độCODvượt chuẩnlần lượt là 800 và12.000mg/ l. Từ năm 1999đến
nay, hệ thốngMBRđãchạy thành công, trảiquasửa
đổivà nâng cấpkhácnhautrong những năm qua.
Theo
“The design elements of state‐of‐the‐art
treatment technology: MBR wastewater treatment systems Ann
Copeland, PE,*Hampton Roads Sanitation District MBR”: Hệ thống MBR xử lý nước thải đã được
ứn dụng rộng rãi ở Mỹ (Yang et al, 2006) và ứng dụng sẽ đạt được hiệu quả mong
muốn đên điều kiện đặc điểm của nước thải.
Trước nghiên cứu cho các hệ thống xử lý nước thải nhỏ cho hệ thống xử lý
nước thải MBR rất kinh tế và hạn chế chi phí (Cole,2002). Việc sử dụng MBR đã
giảm hơn 98% BOD (nghiên cứu của Kishino et al, 1996), giảm 84% COD (nghiên cứu
của Fan và Haung, 2002)
Công
nghệ xử lý nước thải sử dụng MBR còn loại bỏ được nito trong nước thải. Theo
nghiên cứu của Wang et al 2005 đã loại bỏ được 74% Nitơ tổng, loại bỏ 82% nitơ
(nghiên cứu Rosenberger et al, 1996) và loại bỏ được 97% phôtpho theo nghiên cứu
Bracklow et al, 2007.
Nghiên
cứu của Yamamoto(1989) đã sử dụng màng sợi rỗng 0,1µm cho xử lý nước thải đô thị,
kiểu hoạt động là hút gián đoạn. Khử trên 95% COD ở tải trongj thể tích là 1,5
kg COD/m3.ngđ; thời gian lưu bùn nước là 4h và tỉ số F/M là 0,09g
COD/g MLSS.ngày. Trên 60% Nitơ có thể được khử bằng làm thoáng gián đoạn
2.4.2
Tình hình trong nước:
Sử dụng màng lọc sinh học MBR để
xử lý nitơ, ammonia trong nước thải bệnh viện: TS Nguyễn Phước Dân, Trưởng Khoa
Môi trường Trường ĐH Bách khoa TP Hồ Chí Minh, vừa thành công trong nghiên cứu
dùng bể sinh học màng vi lọc (MBR) để xử lý nitơ, ammonia trong nước thải. Chiếc bể này được thiết kế như một chiếc bể lắng bùn hoạt
tính thông thường nhưng bùn hoạt tính sinh trưởng lơ lửng được kết hợp với công
nghệ lọc màng nhằm tách hai pha rắn lỏng ở đầu ra. Vì thế, nồng độ bùn duy trì
được rất cao, thời gian lưu bùn kéo dài để đạt hiệu quả tối ưu trong việc khử
nitơ và ammonia.Theo đó, nước rỉ rác đi vào bể, chạy qua dòng tuần hoàn với 5
bước lọc, các chất cần tách sẽ được giữ lại, nước thải sau xử lý sẽ được xả ra
ngoài. Được biết, hiệu suất của việc lọc ni tơ và ammonia theo phương pháp này
lên đến 85%. Hiện nay, TS Nguyễn Phước Dân đang tiếp tục nghiên cứu để lọc các
kim loại nặng
Ứng
dụng công nghệ MBR xử lý nước hồ ô nhiễm tại hồ Biển Bạch, TP Ninh Bình: Hồ Biển Bạch thuộc phường Vân Giang,
thành phố Ninh Bình, có chức năng điều tiết nước mưa, tiếp nhận một phần nước
thải cho khu vực thành phố Ninh Bình. Hồ Biển Bạch có chung đặc điểm với các hồ
đô thị khác là đang trong tình trạng quá tải và lão hóa do không được cải tạo,
không có cơ sở hạ tầng môi trường xung quanh và hàng ngày phải tiếp nhận chất
thải từ khu vực dân cư quanh hồ.
Hiện nay, hồ Biển Bạch phải tiếp nhận 200
m3 nước thải sinh hoạt (một
phần được xử lý sơ bộ bằng bể tự hoại) của khoảng 1.600 dân thuộc các tổ 12,
13, 14 của phường Vân Giang. Tình trạng ô nhiễm môi trường tại hồ Biển Bạch
cũng đang ở mức báo động, theo kết quả quan trắc, giám sát chất lượng môi trường
nước từ năm 2005 - 2010 của Sở Tài nguyên và Môi trường Ninh Bình một số chỉ
tiêu như BOD5, COD, NH4+, Coliform đều cao gấp từ 1,75 - 2,36 lần (theo QCVN
08:2008/BTNMT là Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt (loại B1 -
nguồn nước mặt có thể sử dụng mục đích nông nghiệp, nuôi trồng thủy sản).Tháng
10/2011, Trung tâm Tư vấn và Công nghệ Môi trường đã đưa môđun xử lý nước ô nhiễm
vào lắp đặt và vận hành thử nghiệm tại hồ Biển Bạch, qua quá trình vận hành thử
nghiệm, lấy mẫu phân tích chất lượng nước đầu ra cho thấy, các chỉ tiêu như
BOD5, COD, NH3, Coliform đều đạt QCVN 08: 2008/BTNMT loại A.
Trong thời gian tới, sau khi hoàn thành
việc giảm thiểu ô nhiễm chất lượng nước hồ Biển Bạch, UBND TP. Ninh Bình sẽ
chuyển môđun xử lý ô nhiễm tại các hồ khác. Mô hình xử lý nước sông, hồ ô nhiễm
bằng hệ thống môđun di động sử dụng công nghệ MBR, là công nghệ tiên tiến, hiệu
quả xử lý cao, nhằm cải thiện chất lượng nước sông, hồ bị ô nhiễm, tăng cường
khả năng làm sạch và không làm xáo trộn hệ sinh thái. Đặc biệt với khả năng di
động, công nghệ này có thể giúp xử lý các điểm nóng ô nhiễm của địa phương
trong điều kiện mặt bằng và cơ sở hạ tầng quanh hồ không cho phép
Xử lý nước
thải bệnh viện điều dưỡng và phục hồi chức năng bộ công thương:
Thành phần
tính chất nước thải bệnh viện
- Nước thải phát sinh từ rất nhiều khâu
khác nhau trong quá trình hoạt động của bệnh viện như: máu, dịch cơ thể, giặt
quần áo bệnh nhân, khăn lau, chăn mền cho các giường bệnh, súc rửa các vật dụng
y khoa, xét nghiệm, giải phẩu, sản nhi, vệ sinh, lau chùi làm sạch các phòng
bệnh,…- Đây là loại nước thải có chứa nhiều chất hữu cơ và các vi
trùng gây bệnh.
- Nồng độ BOD5, COD trong nước thải không cao, rất thích hợp
cho quá trình xử lý sinh học.
Bảng 6 Thông số đặc trưng nước
thải bệnh viện đầu vào và sau xử lý
STT
|
CHỈ TIÊU
|
ĐƠN VỊ
|
THÔNG SỐ
|
QCVN 28:2010 cột A
|
1
|
pH
|
-
|
4 –
10
|
6,5
– 8,5
|
2
|
COD
|
Mg/l
|
512
|
50
|
3
|
BOD5
|
Mg/l
|
362
|
30
|
4
|
SS
|
Mg/l
|
150
|
50
|
5
|
NO3-
|
Mg/l
|
51
|
30
|
6
|
Phosphate
|
Mg/l
|
14
|
6
|
7
|
Clo dư
|
Mg/l
|
2
|
-
|
8
|
Coliform
|
MPN/100ml
|
106
|
3.000
|
Phương pháp xử lý nước thải bệnh
viện
Công nghệ AAO&MBR do công ty môi trường Ngọc Lân chế
tạo là dạng module bồn bể hợp khối, lắp đặt tại bệnh viện có 5 modul. Các
module hoạt động độc lập, có kích thước: đường kính 2,05m, chiều dài của modul
là 11,7m, độ dày của thành bồn là 6mm. Chất liệu chế tạo bồn là sợi thủy tinh
composite có độ bền trên 50 năm, đạt tiêu chuẩn xuất khẩu sang Nhật Bản. Thiết
bị gồm có: máy thổi khí công suất 2,5kw và bơm chìm công suất 1,5kw. Công nghệ
này tiết kiệm điện năng, diện tích xây dựng lên đến 50% so với công nghệ truyền
thống. Module có các ngăn: xử lý hiếu khí với màng sinh học vi lọc (Aerobic
& MBR), yếm khí (Anaerobic Process), thiếu khí (Anoxic).
2.5
ƯU
ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÔNG NGHỆ MBR
2.5.1
Ưu
điểm của kỹ thuật dùng màng lọc tách và
công nghệ MBR:
Ưu điểm của kỹ thuật dùng màng lọc tách
— Không cần bể lắng và giảm kích thước bể nén bùn
— Không cần tiệt trùng nhờ đã khử triệt để
coliform
— Công trình được tinh giản nhờ sử dụng chỉ một bể
phản ứng để khử N & P mà không cần bể lắng, bể lọc và tiệt trùng.
— Trong điều kiện thay đổi đột ngột, hệ thống được
điều chỉnh cho ổn định bằng kỹ thuật không sục khí sục khí – không sục khí.
— Khắc phục được các yếu điểm (nén bùn và tạo bọt)
trong phương pháp bùn hoạt tính (dùng màng khử hiệu quả Nutrient và E.coli)
— Dễ kiểm soát và bảo trì bằng hệ thống tự động.
Những ưu điểm đã được
khẳng định của công nghệ MBR:
Sự ổn định của chất lượng nước sau xử lý
— Đáp ứng được tiêu chuẩn rất khắc khe về chất
lượng nước đầu ra, như coliform chẳng hạn.
— Nhờ vào hiệu suất khử chất lơ lửng và vi sinh
cấp độ cao, nước sau xử lý có thể được tái sử dụng ngay cho các tòa nhà hay nhà
máy nước tuần hoàn.
— Có thể được thiết kế để ứng dụng cho nhiều lĩnh
vực với những đặc thù riêng và đòi hỏi chất lượng nước sau xử lý luôn ổn định.
Những điểm tuyệt vời của
màng:
— Tính ưu việt của màng đã được kiểm chứng qua
nhiều công trình ứng dụng khác nhau với phạm vi ứng dụng rộng.
— Thiết kế dạng môđun rất hiệu quả và hệ thống
giảm thiểu được sự tắc nghẽn.
— Màng được chế tạo bằng phương pháp kéo đặc biệt
nên rất chắc, sẽ không bị đứt do tác động bởi dòng khí xáo trộn mạnh trong bể
sục khí.
— Thân màng được phủ một lớp polymer thấm nước
thuộc nhóm hydroxyl. Vì vậy, màng không bị hư khi dùng chlorine để tẩy rửa màng
vào cuối hạn dùng.
Một giải pháp kỹ thuật nhiều lợi ích kinh tế:
— Giảm giá thành xây dựng nhờ không cần bể lắng,
bể lọc và khử trùng.
— Tiêu thụ điện năng của công nghệ MBR rất ít so
với các công nghệ khác và đã được cấp bằng chứng nhận “Công nghệ Môi trường
Mới”.
— Phí thải bùn cũng giảm nhờ tuần hoàn hết ¼ và lượng
bùn dư tạo ra rất nhỏ.
Bảo trì thuận tiện:
— Kiểm soát quy trình chỉ cần đồng hồ áp lực hoặc
lưu lượng.
— Cấu tạo gồm những hộp lọc đơn ghép lại nên thay
thế rất dễ. Quá trình làm sạch, sửa chữa, bảo trì và kiểm tra rất thuận tiện.
Quy trình có thể được
kết nối giữa công trình với văn phòng sử dụng, vì thế có thể điều khiển kiểm
soát vận hành từ xa, thậm chí thông qua mạng internet.
2.5.2
Hạn chế của mô hình MBR
Chi phí đầu tư cao, khi màng bị
nghẹt phải rửa bằng hoá chất
Nhu cầu năng lượng cao để giữ cho dòng
thấm ổn định hoặc tốc độ dòng chảy ngang trên bề mặt màng cao
Màng lọc sau khi sử dụng một thời
gian sẽ bị nghẹt
Giá vận hành cao: chi phí cho năng
lượng bơm nước qua màng cao
Phải đối mặt với sự suy giảm thông
lượng màng và tắt màng
Mặc dù vậy, với những ưu điểm vượt
trội trên thì công nghệ MBR đang được phát triển mạnh trên thế giới và tại Việt
Nam. Đặc biệt MBR được áp dụng cho các khách sạn lớn, PKĐK, khu thương mại….tại
các thành phố lớn hoặc xử lý nước thải đòi hỏi tải trọng hữu cơ và hiệu suất xử
lý cao để tiết kiệm diện tích xây dựng cũng như khả năng chịu sự biến đổi tải
trọng ô nhiễm hữu cơ vượt trội
3. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
VÀ MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
3.1 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU:
Mô
hình hoạt động liên tục, nuôi cấy bùn hoạt tính trong bể hiếu khí MBR và màng lọc
sinh học MBR nằm ngập trong thiết bị. Đánh giá nâng cao tải trọng, thay đổi các
thông số thời gian lưu nước thời gian lưu bùn để xác định tải trọng tối đa, thời
gian lưu nước, thời gian lưu bùn và các thông số hoạt động tối ưu của công nghệ màng lọc MBR
3.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
3.2.1 Thí nghiệm theo dõi sự biến
thiên theo thời gian của đặc tính nước thải
-
Vận hành hệ thống xử lý nước thải, đảm bảo DO > 2 mg/L
-
Lấy mẫu nước thải đầu vào, đầu ra và tại bể phản ứng trong thời gian 2 tuần
liên tiếp.
-
Phân tích các chỉ tiêu COD, SS, MLSS, nitrit, nitrat, coliform đề theo dõi sự biến thiên của các chỉ tiêu trên theo thời
gian
3.2.2
Thí nghiệm xác định hiệu quả khử COD và tải trọng xử lý tối ưu
-
Vận hành hệ thống xử lý nước thải, đảm bảo DO > 2 mg/L
-
Tăng từ từ nồng độ COD bằng mật rỉ.
- Lấy mẫu nước thải đầu ra phân tích.
-
Nếu thành phần nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn xả thải theo quy định thì tiếp tục
tăng nồng độ COD bằng mật rỉ. Nếu nước thải đầu ra không đạt tiêu chuẩn xả thải
theo quy định thì ngay lập tức điều chỉnh lại nống độ mật rỉ cho vào.
-
Thí nghiệm được thực hiện đến khi nào không thể tăng tải trọng được nữa thì dừng
lại.
3.2.3 Phương
pháp phân tích mẫu
Tất cả các thông số được phân tích theo phương
pháp chuẩn (Standard Method of Examination of Water and Wastewater) và TCVN
STT
|
Thông số
|
Phương pháp phân tích
|
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
|
pH
DO
BOD5
COD
Độ kiềm
MLSS
MLVSS
TKN
N-NH4
N-NO2
N-NO3
SS
Độ đục
Độ màu
Coliform
|
pH kế
Máy đo tại chỗ
Phương pháp đo DO
K2Cr2O7
Phương pháp chuẩn độ
Lọc/sấy 1050C
Lọc sấy 1050C, nung 5500C
Phương pháp Kjedahl
Chưng cất, chuẩn độ
Phương pháp chuẩn độ
Phương pháp so màu
Lọc/sấy 1050C
Phương pháp so màu
Phương pháp so màu
Đếm khuẩn lạc
|
3.3 MÔ HÌNH THÍ NGHIỆM
Yêu
cầu nước thải đầu vào theo yêu cầu của màng là mỡ động thực vật <50mg/l và dầu
khoáng <3mg/l.
Mô
hình được lắp đặt và hoạt động tại phòng khám nha khoa Vạn Hạnh hoạt động liên
tục với công suất 3-5 m3/ngđ.
3.3.1 Thiết bị của mô
hình:
bao gồm bể chứa nước thải, bể điều hoà, bể lọc sinh học bằng màng (MBR) đồng hồ
đo áp, bơm nước thải, bơm thổi khí, bơm rút nước màng, bơm rửa ngược, tủ điện…
Bể
chứa (2 bể): bể 1 dung tích 700L và bể 2 dung tích 500L. Thời gian lưu nước 8 đến
10h. Gồm 3 màng lọc đặt cách nhau 200cm. Bơm cấp khí liên tục và chế độ làm việc
của màng lọc là hoạt động 3h rửa ngược 5 phút. Nước dùng cho quá trình rửa màng
là nước sau xử lý được tuần hoàn lại bể phản ứng.
Đăng nhận xét