(TIỂU LUẬN) báo cáo seminar công nghệ màng lọc chủ đề ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MBR TRONG xử lý nước THẢI NHIỄM dầu ở VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨMBáo cáo seminar Công nghệ màng lọc Chủ đề: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MBR TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU Ở VIỆT NAM GVHD: TS Huỳnh Mai Cang SVTH: TP HCM, Thán

KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC VÀ THỰC PHẨM

Báo cáo seminar Công nghệ màng lọc Chủ đề: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MBR

TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU Ở VIỆT NAM

GVHD: TS Huỳnh Mai Cang

SVTH:

TP HCM, Tháng 5 năm 2021

Mục lục

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 2

1 ĐẶT VẤN ĐỀ 2

1.1 Nước thải nhiễm dầu là gì? 2

1.2 Ảnh hưởng của nước thải nhiễm dầu 2

1.3 Đặc trưng của nước thải nhiễm dầu 3

1.4 Mục đích của việc ứng dụng công nghệ lọc trong xử lý nước thải nhiễm dầu 3

CHƯƠNG II: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÀNG LỌC TRONG XỬ LÍ NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU 4

2.1 Giới thiệu chung về Màng MBR 4

2.1.1 Màng MBR là gì? 4

2.1.2 Ưu và nhược điểm của màng MBR 4

2.2 Phương pháp sử dụng Màng MBR để xử lí nước nhiễm dầu 5

2.2.1 Quy trình xử lí nước thải bằng MBR 5

2.2.2 Phương thức kiểm soát hiện tượng tắt nghẽn màng lọc 7

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN VỀ PHƯƠNG PHÁP 10

3.1.1 Hiệu quả của hệ thống 10

3.1.2 Kết quả nghiên cứu đối với thời gian lưu, pH và nhiệt độ vận hành 11

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN

Song song với quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá là quá trình thải các chất độc hại ra môi trường Ở Việt Nam hiện nay, phần lớn nước thải được xả trực tiếp ra môi trường, gây ô nhiễm nghiêm trọng nguồn nước mặt, nước ngầm Và nước thải nhiễm dầu là một trong những loại khó xử lý nhất

I.1 Nước thải nhiễm dầu là gì?

 Định nghĩa: Nước thải nhiễm dầu có thành phần rất phức tạp và có nồng độ các chất khó

phân hủy sinh học như dầu mỡ, amin, phenol, hydrocacbon mạch vòng và các dẫn xuất rất cao Loại nước thải này phải được xử lý trước khi thải vào môi trường, nếu không các thành phần của chúng sẽ gây ô nhiễm nặng cho các nguồn tiếp nhận như nước biển, sông, hồ và đất,…

 Trạng thái tồn tại:

Dầu tồn tại dưới dạng tự do: ở dạng này dầu sẽ nổi lên thành các váng dầu, dầu tự

do sẽ nổi lên trên bề mặt nước do trọng lượng riêng của dầu nhỏ hơn nước Dầu tồn tại dưới dạng nhũ tương hóa học: là dạng tạo thành do các tác nhân hóa học hoặc các hóa học asphaten làm thay đổi sức căng bề mặt và làm ổn định hóa học dầu phân tán

Dầu tồn tại dưới dạng nhũ tương cơ học: có 2 dạng nhũ tương cơ học tùy thuộc vào đường kính của giọt dầu

Dầu tồn tại dưới dạng hoà tan: hoà tan các chất thơm/ dầu không hoà tan được sẽ bao quanh các chất rắn lơ lửng gây khó khan trong việc xử lý nước thải

Nước thải nhiễm dầu phát sinh từ các dàn khoan dầu, nhà máy lọc dầu, nước thải tổng hợp có nhiễm dầu phát sinh từ sàn tàu,…

Nước thải nhiễm dầu phát sinh từ sự cố tràn dầu Nước thải nhiễm dầu phát sinh từ các hoạt động của kho chứa xăng dầu

I.2 Ảnh hưởng của nước thải nhiễm dầu.

 Môi trường: Nước thải nhiễm dầu làm tăng độ nhớt, giảm nồng độ oxy hấp thụ vào

nước, làm thay đổi tính chất lí hóa của môi trường Dầu trong nước có khả năng chuyển hóa thành các hóa chất độc hại khác đối với con người và thủy sinh như phenol, các dẫn xuất clo của phenol,…

Trang 2

 Vi sinh vật: Khi bị dính dầu, động vật khó thích nghi với sự thay đổi nhiệt độ, giảm độ

nổi trên bề mặt nước; khó thoát khỏi động vật săn mồi, giảm khả năng trao đổi chất và làm giảm thân

nhiệt Nếu nuốt phải nước thải nhiễm dầu, động vật sẽ bị mất nước, giảm khả năng tiêu hóa Nước

thải nhiễm dầu nổi trên bề mặt nước làm giảm khả năng chiếu sáng vào nước, làm hạn chế sự quang hợp của thực vật trong nước, nếu kéo dài sẽ làm mất cân bằng hệ sinh thái

 Đời sống con người: Nếu con người sử dụng nguồn nước bị nhiễm dầu sẽ ảnh hưởng tới

sức khỏe, mắc một số bệnh về đường ruột, bệnh về da, đặc biệt hơn có thể gây ung thư phổi, giảm tuổi thọ

I.3 Đặc trưng của nước thải nhiễm dầu

 Nước thải nhiễm dầu có thành phần phức tạp nhưng đặc trưng đặc trưng của chúng có thể biểu diễn qua 3 nhóm:

Chỉ tiêu lý học Chỉ tiêu hóa học và sinh học Chỉ tiêu sinh học

Nhiệt độ BOD (nhu cầu oxi hóa học)

Oxi hòa tan Kim loại nặng và các chất độc hại

I.4 Mục đích của việc ứng dụng công nghệ lọc trong xử lý nước thải nhiễm dầu

 Việc ứng dụng Màng lọc 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 sẽ tiết kiệm diện tích bể sinh học

 Việc ứng dụng Công nghệ Màng lọc 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

CHƯƠNG II: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÀNG LỌC TRONG XỬ LÍ

NƯỚC THẢI NHIỄM DẦU 2.1 Giới thiệu chung về Màng MBR

2.1.1 Màng MBR là gì?

 Định nghĩa: Bể phản ứng sinh học màng( Membrane Bio- Reactor hay còn gọi là màng MBR) là sự kết hợp giữ quá trình lọc màng vi lọc (MF) hoặc siêu lọc với quá trình sinh lơ lửng Đây

là công nghệ xử lý nước thải tiên tiến đang được sử dụng rộng rãi cho nước thải đô thị và công nghiệp trong các dự án lớn trên khắp Việt Nam và thế giới

 Nguyên lý hoạt động:

- Màng lọc MBR được đặt trong bể sinh học hiếu khí lơ lửng Aerotank

- Nước thải được thẩm thấu qua màng lọc vào ống mao dẫn nhờ những vi lọc có kích thước rất nhỏ từ (0.01 ~ 0.2 µm), chỉ cho nước sạch đi qua giữ lại bùn, chất rắn vô cơ, hữu cơ, vi sinh trên

bề mặt màng

- Hệ thống bơm bút sẽ hút nước từ ống mao dẫn ra bể chứa nước sạch, bơm hút được cài đặt hoạt động 10 phút chạy, 1-2 phút ngừng hoạt động tùy theo mức hiệu chỉnh

- Khi áp suất trong màng vượt quá áp suất 50kpa so với bình thường (từ 10 – 30 kpa) thì hệ thống bơm hút sẽ ngừng hoạt động, đồng thời kích hoạt bơm rửa ngược để rửa màng đảm bảo màng không bị tắc nghẽn

2.1.2 Ưu và nhược điểm của màng MBR

1 Với kích thước lỗ màng là 0,3 µm, màng MBR có thể tách các chất lơ lững, hạt keo, vi

khuẩn, một số virus và các phân tử hữu cơ kích thước lớn Do đó, quá trình màng 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

2 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, các

cao 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 quả xử

lý bùn hoạt tính

4 Màng 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

5 Chất lượng nước sau xử lý luôn luôn được đảm bảo tốt nhất mà không cần quan tâm nước đầu ra có chứa bùn hoạt tính lơ lửng, các vi khuẩn gây bệnh và kiểm soát chlorine dư

6 Nước sau xử lý màng MBR có chất lượng chất rắn rất thấp < 5mg/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…

7 Quá trình vận hành đơn giản và dễ dàng 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

8 Trường hợp nhà máy có nâng công suất lên thì đối với quá trình MBR chỉ cần đầu tư

thêm modul màng lọc MBR.

 Nhược điểm: Việc ứng dụng Màng lọc 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 sẽ tiết kiệm diện tích bể sinh học

 Cũng chính vì nguyên lý hoạt động dựa vào màng lọc để loại bỏ chất thải nên sẽ khiến màng hay bị nghẽn ảnh hưởng đến quá trình xử lý Dẫn đến tốn kém thời gian và công sức khi quản

lý và xử lý

 Công nghệ màng MBR có chi phí đầu tư mua màng cao, không áp dụng cho các loại nước thải có độ màu cao và nhiều hóa chất, dễ bị tắc màng nếu không vệ sinh định kỳ và đúng cách

 Việc làm sạch màng phải sử dụng hóa chất để làm sạch màng gây tốn kém thêm chi phí

 Thời gian để làm sạch màng lọc khoảng từ 6 đến 12 tháng tùy thuộc vào loại nước thải xử

lý gây nên sự trì hoãn chậm trễ

 Do hạn chế về chi phí đầu tư nên công nghệ chỉ có thể áp dụng cho các công suất nhỏ hơn 50m3/ngày.đêm

MBR thường được ứng dụng cho hầu hết các loại nước thải có ô nhiễm hữu cơ: trường học, khu dân cư, tòa nhà, trung tâm thương mại, bệnh viện, nhà hàng, khách sạn, v.v Đặc biệt các công trình có diện tích hạn chế

2.2 Phương pháp sử dụng Màng MBR để xử lí nước nhiễm dầu

2.2.1 Quy trình xử lí nước thải bằng MBR

a Hệ thống hiếu khí MBR

Trang 5

 Kiểu 1: Màng đặt ngoài

Giai Đoạn 1: Phân hủy sinh học

Nước thải nhiễm dầu của các nhà máy được đưa vào các bể phản ứng Dòng khí được sục vào

bể phản ứng để các quá trình xử lý sinh học diễn ra Ở giai đoạn này cần có thời gian để các

vi sinh vật hiếu khí phân rã và xử lý các hợp chất hữu cơ (dầu,…) thường khoảng từ 0.5-3 ngày

Giai Đoạn 2: Tách sinh khối sinh sinh vật bằng màng lọc

Sau khoảng thời gian các chất hữu cơ được vi sinh vật chuyển đổi thành sinh khối Sinh khối được đưa đến các màng lọc UF dạng ống để tách, sinh khối sẽ bị giữ lại bên trong ống rồi hoàn lưu trở lại bể phản ứng còn dòng nước sạch sẽ đi qua màng Phần nước sau khi sử lý có thể tuần hoàn trở lại cung cấp nước cho nhà máy

 Kiểu 2: Màng đặt nhúng chìm

Sơ đồ hệ thống xử lý NTND hiếu khí MBR màng đặt nhúng chìm

Kiểu màng lọc đặt nhúng chìm hoạt động tương tự kiểu màng lọc đặt ngoài đều là màng lọc dạng ống chỉ khác ở chỗ màng lọc được đặt trực tiếp vào trong bể phản ứng và nước đi từ ngoài màng vào trong rồi đi ra ngoài thông qua một bơm hút còn sinh khối thì bị giữ lại ở bên ngoài màng Bùn thải của cả hai kiểu màng đều được thải ra thại bể phản ứng

b Hệ thống lai ghép giữ yếm khí và hiếu khí MBR

Hệ thống lai ghép giữa hiếu khí và yếm khí MBR

 Là hệ thống lọc hiếu khi nhưng trước khi nước thải được đưa vào bệ hiếu khí thì phải qua một

bể yếm khí Chức năng của bể yếm khí:

Chuyên xử lý những loại nước thải CN nhiễm bẩn, nước thải chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao

Trong hồ, các vi khuẩn kỵ khí phá vỡ các hợp chất hữu cơ trong dòng chảy, giái phóng khí CH4 và CO2

Hồ kỵ khí làm giảm hàm lượng N, P, K và các vi sinh vật gây bệnh bằng cách tạo ra bùn

và giải phóng NH3 vào không khí

 Bùn và khí thải của bể yếm khí được loại bỏ trực tiếp tại bể yếm khí sau đó nước thải được đưa qua bể hiếu khí để xử lý tương tự quy trình hiếu khí

2.2.2 Phương thức kiểm soát hiện tượng tắt nghẽn màng lọc

2.2.2.1 Các yếu tố ảnh hưởng tới màng lọc

a.Cấu tử cần phân riêng

 Kích thước phân tử→dựa vào phân tử lượng: Kích thước nhỏ, kích thước lớn (khó qua màng)

 Hình dạng: Mạch thẳng: cấu tử liên kết với nước không liên kết với màng, suy ra dễ qua

màng; Mạch cầu hoặc hình dạng khác: liên kết với màng, kích thước cồng kềnh suy ra khó qua màng

 Tính chất hóa học: ưa nước, kị nước, tích điện, nhóm chức, …( nếu gắn với màng sẽ khó qua màng)

b Membrane

 Vật liệu: Tính ưa nước, kị nước, tích điện, nhóm chức hóa học

 Cấu trúc: Bề mặt bằng phẳng hay gồ ghề, kích thước mao quản, độ dày

 Sự tương tác giữa cấu tử và membrane: Tương tác vật lí (tạo liên kết ion), tương tác hóa học (tạo liên kết cộng hóa trị giữa cấu tử và màng), liên kết kị nước

c Các thông số

 Áp lực: động lực quá trình phân riêng

 Nhiệt độ: thay đổi thì tính chất cấu tử thay đổi theo

 Sự khuấy trộn

 Các thông số khác: pH thay đổi cấu hình không gian, lực ion (trạng thái tích điện, tương tác giữa các màng cấu tử), ự có mặt các cấu tử khác

d Tùy thuộc vào cấu hình thiết bị membrane

e Các vấn đề khác

 Hiện tượng hấp phụ: cấu tử bám trên bề mặt

 Hiện tượng vi môi trường: nồng độ các cấu tử khác nhau tại các vị trí khác nhau tròn môi trường

2.2.2.2 Khái niệm, nguyên nhân gây tắt nghẽn

 Tốc độ dòng chảy tại vùng gần bề mặt membrane

Permeat

Permeat

 Càng bám nhiều tốc độ chảy càng chậm hơn→ Hình thành lớp gel

 Hệ quả:

Lưu lượng dòng permeat giảm

Xuất hiện gradient nồng độ suy ra hiện tượng khuếch tán ngược ( từ lớp biên vào bên trong tâm )

Hiện tượng tập trung nồng độ: sự hình thành lớp gel với tương tác giữa các cấu tử với

membrane → giảm lưu lượng và tắt nghẽn

màng 2.2.2.3 Kiểm soát, khắc phục tắt nghẽn

 Khuấy trộn

 Lưu lượng dòng nhập liệu: ảnh hưởng đến dòng chảy Bơm nhanh sẽ giảm sự tập trung nồng

độ → fouling giảm

J: là lưu lượng qua màng (l/h/m2)

 Kiểm soát nhiệt độ: nếu nhiệt tăng thì giảm độ nhớt làm cho cấu tử chuyển động hỗn độn vì vậy phải tăng J hoặc giảm sự tập trung nồng độ

Nhiệt độ cỡ 300C: độ hòa tan muối phosphate calci giảm, fouling dễ xảy ra

Nhiệt độ từ 30-600C: độ nhớt giảm, độ khuếch tán tăng, fouling giảm

 Lưu lượng dòng nhập liệu tỷ lệ thuận với J vì vậy áp lực bơm lớn tương đương tăng J

 Nồng độ chất khô của mẫu nguyên liệu : càng đậm đặc thì độ nhớt,P tăng làm J giảm

 Sự khuấy trộn (chế độ chảy) cao thì J cao

 Màng tích điện âm dễ liên kết với phân tử protein tích điện dương (Protein có nhiều nhóm chức: liên kết cộng hóa trị suy ra tắ nghẽn ( fouling ); Cấu hình không gian phức tạp: dễ hấp phụ)

→Dùng UF trong xử lí whey

UF: công nghệ lọc dùng áp suất thấp để loại bỏ những phân tử có kích thước lớn ra khỏi nguồn nước Dưới một áp suất 1.5~3kgf/cm², nước tinh, muối khoáng và các phân tử ion nhỏ hơn lỗ lọc (0.1- 0.001 micron) sẽ “chui” qua màng dễ dàng để tạo ra một nguồn nước tinh khiết

Whey: protein

Muối:Tạo liên kết ion, kết tủa làm nghẹt màng, điển hình là ion Ca trong sữa là cầu nối của

một số protein→Tách ion Ca ra khỏi whey, lưu lượng dòng membrane trong UF sẽ cao hơn Lipit: Kị nước, khả năng tương tác,kết tinh (nhất là ở nhiệt độ thấp)→Tách béo bằng phương pháp ly tâm trước khi đưa vào

 Tạo dòng chảy rối

 Phương pháp phun tia: Khóa van dòng permeat vài giây, tách cấu tử hấp phụ và các cấu tử

trong mao quản→Lưu lượng dòng qua membrane được phục hồi nhưng nhỏ hơn ban đầu, và hiệu quả giảm theo số lần sử dụng

 Phương pháp rửa ngược định kì: Khóa van permeat vài giây, sử dụng bơm để đưa permeat vào thiết bị từ phía bề mặt không hoạt động của membrane, chọn áp lực bơm permeat, tần suất thực

hiện:1-10 lần/phút→Lưu lượng qua membrane được phục hồi, hiệu quả giảm theo số lần sử dụng nhưng vẫn tốt hơn phun tia

 Phương pháp tăng lưu lượng dòng qua membrane: Sử dụng bơm đưa permeat vào thiết bị theo hướng bề mặt không hoạt động của membrane, hiện tượng rửa ngược giả liên tục, hiện tượng

giảm áp lực từ 2 phía bề mặt của membrane→Lưu lượng dòng qua membrane giảm theo thời gian nhưng chậm hơn các phương pháp trước

 Phương pháp vệ sinh membrane: Loại bỏ lớp gel

Loại bỏ cấu tử hấp phụ hoặc bị nghẹt trong mao quản

Loại bỏ vi sinh vật ( hạn chế vi sinh vật vào sản phẩm )

Theo pp vật lí: Cơ học (nước để rửa, cuốn trôi hay hòa tan các chất hấp phụ), nhiệt đúng mức làm tăng độ hòa tan và khuếch tán

Theo pp hóa học: Sự hòa tan, thay đổi tương tác giữa cấu tử và membrane, chất hoạt động bề mặt làm yếu đi sự tương tác này

.Theo pp hóa sinh: dùng chế phẩm enzyme: Tiêu diệt loại bỏ vi sinh vật( rửa nước, nhiệt

độ cao làm protein biến tính, vi sinh vật chết), sử dụng hóa chất làm vi sinh vật chết Quy trình vệ sinh

- Rửa bằng hóa chất

- Rửa lại bằng nước

- Kiểm tra độ sạch của nước rửa rồi, để biết thời điểm dừng (đo pH)

- Bảo quản membrane trong dung dịch bảo quản nếu màng đã qua sử dụng

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ KẾT LUẬN VỀ PHƯƠNG PHÁP 3.1 Kết quả

3.1.1 Hiệu quả của hệ thống

 Hiệu quả xử lý dầu của hệ thống đạt 99,9 %, thời gian lưu là 13,3 giờ, COD dòng vào đạt 500-1000 (mg/l) Chất lượng nước sau xử lý rất cao nên có thể xử dụng với nhiều mục đích khác nhau

 Các kết quả nghiên cứu cho thấy công nghệ MBR làm tăng quá trình phân hủy sinh học các chất ô nhiễm và cãi thiện chất lượng nước sau xử lý

 Một kết quả nghiên cứu khác cho thấy nước thảy từ các trạm tinh chế dầu thường có thành phần dầu cao không thể tách triệt để bằng phương pháp trọng lực Nhưng bằng công nghệ MBR có thể đạt hiệu quả xử lý rất cao và ổn định Các điều kiện vận hành tối ưu cho nghiên cứu này với HRT

là 4 giờ và tải trọng xử lý dầu đạt 1,8 (kg/m^3/ngày)

 Với quỳ trình ghép lai giữ công nghệ yếm khí và hiếu khí với MBR cho hiệu quả xử lý như sau:

Hiệu quả xử lý