Luận văn thạc sĩ Nghiên cứu ứng dụng màng lọc sinh học để xử lý nước thải đô thị trong điều kiện Việt Nam

Công nghệ màng lọc nói chung và màng lọc sinh học nói riêng trong xử lý nước thải đang được phát triển và ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới vì tính ưu việt của nó. Đưa công nghệ màng lọc sinh học vào áp dụng đối với điều kiện của Việt Nam đang dần được hình thành và phát triển, dự báo một tương lai mới cho ngành xử lý nước thải, góp phần nâng cao chất lượng môi trường, ổn định cuộc sống và phát triển một cách bền vững.Trong quá trình nghiên cứu đề tài này, mặc dù tác giả đã có nhiều cố gắng nhưng luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý chân thành của các thầy cô và đồng nghiệp. Nhân dịp này, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới PGS. TS. Trần Đức Hạ người đã dành nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô giáo TS. Trần Thị Việt Nga người đã cung cấp nhiều tài liệu quý giá trong quá trình nghiên cứu. Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Cấp Thoát Nước, khoa Sau Đại học, gia đình cùng bạn bè đã hết lòng giúp đỡ tôi trong học tập và nghiên cứu.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

-KS BÙI NHẬT MINH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÀNG LỌC SINH HỌC

ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ

TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

HÀ NỘI, 2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC XÂY DỰNG

-KS BÙI NHẬT MINH

NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG MÀNG LỌC SINH HỌC

ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ

TRONG ĐIỀU KIỆN VIỆT NAM

Chuyên ngành: Cấp Thoát Nước

Mã số: 60.58.70

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

Cán bộ hướng dẫn: PGS TS TRẦN ĐỨC HẠ

HÀ NỘI, 2010

LỜI NÓI ĐẦU

Công nghệ màng lọc nói chung và màng lọc sinh học nói riêng trong

xử lý nước thải đang được phát triển và ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới vì tính ưu việt của nó Đưa công nghệ màng lọc sinh học vào

áp dụng đối với điều kiện của Việt Nam đang dần được hình thành và phát triển, dự báo một tương lai mới cho ngành xử lý nước thải, góp phần nâng cao chất lượng môi trường, ổn định cuộc sống và phát triển một cách bền vững.

Trong quá trình nghiên cứu đề tài này, mặc dù tác giả đã có nhiều cố gắng nhưng luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự góp ý chân thành của các thầy cô và đồng nghiệp Nhân dịp này, tôi xin gửi lời biết ơn sâu sắc tới PGS TS Trần Đức Hạ - người đã dành nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô giáo TS Trần Thị Việt Nga - người đã cung cấp nhiều tài liệu quý giá trong quá trình nghiên cứu Tôi cũng xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Cấp Thoát Nước, khoa Sau Đại học, gia đình cùng bạn bè

đã hết lòng giúp đỡ tôi trong học tập và nghiên cứu.

MỤC LỤC

trang

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT i

DANH MỤC BẢNG BIỂU ii

DANH MỤC HÌNH ẢNH iii

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1

1.1 SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 1

1.2 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 4

1.3 PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4

1.3.1 Phạm vi nghiên cứu 4

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu 4

1.4 KẾT LUẬN 5

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG MÀNG LỌC SINH HỌC ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI 6

2.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ MBR 6

2.2 PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT MBR ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRÊN THẾ GIỚI 7

2.2.1 Thị trường MBR và triển vọng phát triển 7

2.2.2 Các rào cản trong việc triển khai công nghệ MBR 9

2.2.3 Ảnh hưởng của các yếu tố đến việc triển khai công nghệ MBR 11

2.2.4 Một số dự án nhà máy XLNT trên thế giới sử dụng công nghệ MBR 16

2.3 SỬ DỤNG MÀNG LỌC SINH HỌC ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TẠI VIỆT NAM17 2.3.1 Tình hình xử lý nước thải đô thị ở Việt Nam 17

2.3.2 Định hướng thoát nước và xử lý nước thải đô thị Việt Nam 21

2.3.3 Tình hình sử dụng màng lọc sinh học trong công nghệ xử lý nước thải ở Việt Nam .24

2.4 KẾT LUẬN 31

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG MÀNG LỌC SINH HỌC 32

3.1 CÔNG NGHỆ MÀNG LỌC 32

3.1.1 Màng lọc và quy trình phân tách bằng màng 32

3.1.2 Vật liệu màng lọc 35

3.1.3 Cơ chế tách các phần tử qua màng lọc 37

3.1.4 Các quá trình trong màng lọc 40

3.2 XỬ LÝ SINH HỌC 44

3.2.1 Mục đích xử lý bằng sinh học 44

3.2.2 Vi sinh vật 45

3.3 CƠ CHẾ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRONG MBR 46

3.4 NHỮNG CƠ SỞ CHO VIỆC THIẾT KẾ 49

3.4.1 Sự thoái hoá chất nền 49

3.4.2 Năng suất bùn 51

3.4.3 Tuổi bùn và lượng bùn thải 52

3.4.4 Loại bỏ chất dinh dưỡng 52

3.5 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ 54

3.5.1 Hệ thống bơm 54

3.5.2 Bảo trì bảo dưỡng hệ màng lọc 55

3.5.3 Hệ thống sục khí 57

CHƯƠNG 4 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÀNG LỌC SINH HỌC ĐỂ XỬ LÝ VÀ TÁI SỬ DỤNG NƯỚC THẢI CHO KHU ĐÔ THỊ MỚI BẮC RẠCH CHIẾC – TP HỒ CHÍ MINH 59

4.1 TỔNG QUAN DỰ ÁN KHU ĐÔ THỊ MỚI BẮC RẠCH CHIẾC 59

4.1.1 Giới thiệu chung 59

4.1.2 Điều kiện tự nhiên 61

4.1.3 Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật 64

4.2 DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI VÀ TÁI SỬ DỤNG NƯỚC THẢI CÓ ÁP DỤNG MBR 66

4.2.1 Tổng quan quy trình xử lý nước thải kiểu truyền thống 66

4.2.2 Dây chuyền công nghệ xử lý nước thải và tái sử dụng nước thải có áp dụng MBR67 4.2.3 Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng của MBR 69

4.3 ĐỀ XUẤT DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO KHU ĐÔ THỊ MỚI BẮC RẠCH CHIẾC – TP HỒ CHÍ MINH 73

4.4 TÓM TẮT PHƯƠNG THỨC TÍNH TOÁN PHẦN CÔNG NGHỆ 74

4.5 ĐÁNH GIÁ KINH TẾ - KỸ THUẬT 78

4.5.1 Đánh giá kỹ thuật 79

4.5.2 Đánh giá kinh tế 82

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86

5.1 KẾT LUẬN 86

5.2 KIẾN NGHỊ 87

TÀI LIỆU THAM KHẢO 88

PHỤ LỤC 89

PHỤ LỤC 1 – KẾT QUẢ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ 90

PHỤ LỤC 2 – GIÁ TRỊ GIỚI HẠN CÁC THÔNG SỐ VÀ NỒNG ĐỘ CÁC CHẤT Ô NHIỄM TRONG NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP 96

PHỤ LỤC 3 – GIÁ THÀNH XÂY DỰNG VÀ CHI PHÍ QUẢN LÝ, VẬN HÀNH CÁC CÔNG TRÌNH THOÁT NƯỚC VÀ XỬ LÝ NƯỚC THẢI ĐÔ THỊ - THEO NGHIÊN CỨU CỦA EPC 99

PHỤ LỤC 4 – GIÁ TRỊ CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HỌC BẰNG MBR 101

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

MBR B l c sinh h c b ng màngể lọc sinh học bằng màng ọc sinh học bằng màng ọc sinh học bằng màng ằng màng

(Membrane BioRector)

i.MBR Màng l c sinh h c nhúng ng pọc sinh học bằng màng ọc sinh học bằng màng ập

s.MBR Màng l c sinh h c đ t ngoàiọc sinh học bằng màng ọc sinh học bằng màng ặt ngoài

CAS Bùn ho t tính truy n th ngạt tính truyền thống ền thống ống

(Conventional Activated Sludge)

BOD Nhu c u ôxy sinh hóaầu ôxy sinh hóa

COD Nhu c u ôxy hóa h cầu ôxy sinh hóa ọc sinh học bằng màng

SS C n r n l l ngặt ngoài ắn lơ lửng ơ lửng ửng

MLSS Ch t r n l l ng d ng l ng h n h pất rắn lơ lửng dạng lỏng hỗn hợp ắn lơ lửng ơ lửng ửng ạt tính truyền thống ỏng hỗn hợp ỗn hợp ợp

OTE Hi u qu chuy n hoá oxyệu quả chuyển hoá oxy ả chuyển hoá oxy ể lọc sinh học bằng màng

TCVN Tiêu chu n Vi t Namẩn Việt Nam ệu quả chuyển hoá oxy

KCN Khu công nghi pệu quả chuyển hoá oxy

XLNT X lý nửng ước thải.c th i.ả chuyển hoá oxy

$ Đô la Mỹ

€ Đ ng Euroồng Euro

WB Ngân hàng th gi iế giới ớc thải

ODA V n h tr phát tri n chính th cống ỗn hợp ợp ể lọc sinh học bằng màng ức

DWA Hi p h i nệu quả chuyển hoá oxy ội nước và nước thải Đức (trước đây là ATV) ước thải.c và nước thải.c th i Đ c (trả chuyển hoá oxy ức ước thải.c đây là ATV)

(US) EPA T ch c b o v môi trổ chức bảo vệ môi trường Mỹ ức ả chuyển hoá oxy ệu quả chuyển hoá oxy ường Mỹng Mỹ

WEF Liên đoàn môi trường Mỹng nước thải.c th gi iế giới ớc thải

CWA Đ o lu t v nạt tính truyền thống ập ền thống ước thải ạt tính truyền thốngc s ch

DANH MỤC BẢNG BIỂU

trang

Bảng 1.1 Phân bố và dạng của nước trên trái đất 1

Bảng 3.1 Trao đổi chất của các loại vi sinh vật trong xử lý nước thải 46

Bảng 4.1 Tổng kết ưu nhược điểm của hệ thống MBR 71

Bảng 4.2 Các thông số hoạt động sinh học 75

Bảng 4.3 Các thông số hoạt động vật lý 76

Bảng 4.4 Các thông số của nước thải trước và sau xử lý 79

Bảng 4.5 Kết quả đánh giá kinh tế 84

Bảng PL1.1 Các hằng số thiết kế 91

Bảng PL1.2 Lựa chọn các hằng số thiết kế 91

Bảng PL1.3 Các thông số kỹ thuật đầu vào 91

Bảng PL1.4 Các thông số sinh học 92

Bảng PL1.5 Các thông số hoạt động sinh học 92

Bảng PL1.6 Các thông số màng lọc 93

Bảng PL1.7 Các thông số sục khí 93

Bảng PL1.8 Các thông số về bùn 93

Bảng PL1.9 Tính toán màng lọc 94

Bảng PL1.10 Tính toán hoạt động màng lọc 94

Bảng PL1.11 Tính toán sục khí 94

Bảng PL1.12 Tính toán nhu cầu năng lượng 95

Bảng PL1.13 Tổng hợp giá thành chi phí vận hành 95

DANH MỤC HÌNH ẢNH

trang

Hình 2.1 Màng sinh học bên ngoài (Side-Stream - sMBR) 6

Hình 2.2 Màng lọc sinh học kiểu nhúng ngập (immersed - iMBR) 7

Hình 2.3 Thị trường MBR tại Châu Âu (Frost & Sullivan, 2005) 8

Hình 2.4 Đánh giá tương quan một số công nghệ xử lý nước thải (Reid, 2006) 10

Hình 2.5 Mô hình xử lý trực tiếp nước thải tại nguồn 27

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình xử lý nước thải của sản phẩm 27

Hình 2.7 Bể Johkasou 29

Hình 3.1 Khả năng lọc của các cấp độ lọc RO/NF/UF/MF 32

Hình 3.2 Tổng quan các quy trình lọc màng (Judd and Jefferson, 2003) 33

Hình 3.3 Vật liệu màng: (a) polymeric; (b) ceramic 36

Hình 3.4 Cơ chế lọc chặn (Dead-end) 37

Hình 3.5 Cơ chế lọc khuấy trộn (Stirred) 38

Hình 3.6 Cơ chế lọc trượt (Crossflow) 39

Hình 3.7 Sinh thái học của hệ thống bùn hoạt tính 45

Hình 3.8 Giản đồ đơn giản mô tả quá trình trong MBR 47

Hình 4.1 - Bản đồ quy hoạch chi tiết dự án khu dân cư Bắc Rạch Chiếc 60

Hình 4.2 Sơ đồ quy trình cho một nhà máy xử lý nước thải truyền thống 66

Hình 4.3 Sơ đồ dây chuyền công nghệ có áp dụng MBR 68

Hình 4.4 Chất lượng nước sau xử lý bằng MBR 69

Hình 4.5 Sơ đồ cải tạo trạm xử lý công nghệ cũ thay bằng công nghệ MBR 72

Hình 4.6 Sơ đồ dây chuyền công nghệ iMBR đề xuất sử dụng 73

Hình 4.7 Hiệu quả xử lý COD 80

Hình 4.8 Hiệu quả xử lý BOD 80

Hình 4.9 Hiệu quả xử lý chất rắn lơ lửng 81

Hình 4.10 Hiệu quả xử lý N 81

CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1 SỰ CẦN THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trên bình diện toàn cầu, nước là một tài nguyên vô cùng phong phú nhưng nước chỉ hữu dụngvới con người khi nó ở đúng nơi, đúng chỗ, đúng dạng và đạt chất lượng theo yêu cầu Hơn99% trữ lượng nước trên thế giới nằm ở dạng không hữu dụng đối với đa số các mục đích củacon người do độ mặn (nước biển), địa điểm, dạng tồn tại (băng hà)

Bảng 1.1 Phân bố và dạng của nước trên trái đất

Nguồn: US Geological Survey.

Con người khai thác các nguồn nước tự nhiên để cung cấp nước cho các nhu cầu sinh hoạt vàsản xuất Sau khi sử dụng nước bị nhiễm bẩn do chứa nhiều vi trùng và các chất thải khác.Nếu không được xử lý trước khi thải vào các nguồn nước công cộng, chúng sẽ làm ô nhiễmmôi trường Vì vậy, nước thải trước khi thải vào sông, hồ (nguồn tiếp nhận) cần phải được xử

lý thích đáng Mức độ xử lý phụ thuộc vào nồng độ bẩn của nước thải; khả năng pha loãnggiữa nước thải với nước nguồn và các yêu cầu về mặt vệ sinh, khả năng "tự làm sạch củanguồn nước"

Theo các qui định về bảo vệ môi trường của Việt Nam, ô nhiễm nước là việc đưa vào cácnguồn nước các tác nhân lý, hóa, sinh học và nhiệt không đặc trưng về thành phần hoặc hàmlượng đối với môi trường ban đầu đến mức có khả năng gây ảnh hưởng xấu đến sự phát triểnbình thường của một loại sinh vật nào đó hoặc thay đổi tính chất trong lành của môi trườngban đầu

Theo một định nghĩa khác "Ô nhiễm nước mặt diễn ra khi đưa quá nhiều các tạp chất, các chấtkhông mong đợi, các tác nhân gây nguy hại vào các nguồn nước, vượt khỏi khả năng tự làmsạch của các nguồn nước này"

Ở các thành phố có nhiều nhà máy, khu công nghiệp, nước thải công nghiệp ảnh hưởng rấtlớn đến thành phần nước thải chung của thành phố, thị trấn vì nó chứa nhiều các chất gây ônhiễm ở nồng độ cao và tùy theo từng nhà máy thành phần chất gây ô nhiễm rất phức tạp Do

đó để giảm thiểu chi phí cho việc quản lý và xử lý, mỗi nhà máy cần phải có các hệ thống xử

lý riêng để nước thải thải vào các nguồn nước công cộng phải đạt đến một tiêu chuẩn chophép nào đó

Quá trình công nghiệp hoá, hiện đại hoá, và đô thị hoá ở nước ta đang diễn ra với tốc độnhanh Để đáp ứng yêu cầu phát triển và bảo vệ môi trường, nâng cao chất lượng cuộc sốngcho người dân, trong những năm gần đây việc đầu tư cho thoát nước và vệ sinh đô thị đã đượcquan tâm nhiều hơn, trước hết là ở các thành phố lớn và các đô thị du lịch Trong vấn đề này,muốn đầu tư có hiệu quả thì phải lựa chọn được giải pháp công nghệ xử lý nước thải phù hợp.Lựa chọn công nghệ xử lý nước thải đô thị phù hợp trước hết phải bảo đảm về yêu cầu vệsinh, đảm bảo sự phát triển bền vững, cuối cùng là tính khả thi trong điều kiện kinh tế - xã hộinước ta hiện nay

Trong xử lý nước thải sinh hoạt, các phương pháp xử lý sinh học đã được nghiên cứu và ứngdụng rộng rãi trên thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng, trong đó phổ biến nhất là các bểAeroten, Biophil Ở nước ta, cho đến gần đây vẫn chủ yếu ứng dụng bể Aeroten để xử lý nướcthải sinh hoạt Hiện nay, tại Việt Nam có rất nhiều các dự án đầu tư xây dựng các công trìnhthoát nước và vệ sinh với nhiều nguồn vốn khác nhau và chủ yếu được thực hiện tại các đô thịlớn như: dự án thoát nước Thành phố Hà Nội, dự án cải tạo và xây dựng hệ thống thoát nướcThành phố Vũng Tàu, Thành phố Hồ Chí Minh, dự án cải thiện môi trường nước thành phốHuế, dự án bảo vệ môi trường thành phố Hạ Long, dự án thoát nước và vệ sinh thành phố ĐàNẵng… nên có rất nhiều công nghệ xử lý nước thải khác nhau đang được ứng dụng đồng thờitại Việt Nam

Tuy nhiên, các công nghệ xử lý nước thải kiểu cổ điển (Aeroten, Biophil, hồ sinh học, ) đã

có nhiều kết quả tốt, đạt được mức độ xử lý yêu cầu nếu áp dụng nhiều cấp độ (đến cấp III –

xử lý triệt để), nhưng các công nghệ này đòi hỏi một quỹ đất lớn, không còn phù hợp vớinhững đô thị đang ngày càng đông dân cư như hiện nay Vì vậy, cần phải có một công nghệmới ưu việt hơn để thay thế là thực sự cần thiết, đảm bảo và nâng cao được chất lượng xử lý,đồng thời hạn chế tỷ lệ chiếm đất, phù hợp với vốn đầu tư và trình độ vận hành của cán bộquản lý

Quá trình phát triển của công nghệ và sự xuất hiện của bể lọc sinh học bằng màng (MembraneBioRector system - MBR) trong thị trường có thể được nhìn nhận dưới góc độ của sự pháttriển mang tính lịch sử và tương lai đầy triển vọng Là một loại hình công nghệ khá mới, trước

đây MBR không được coi trọng trong các nhà máy xử lí sinh học truyền thống Tuy nhiên,MBR là công nghệ đang ngày càng được lựa chọn nhiều hơn.

Công nghệ màng lọc sinh học MBR có thể nói là công nghệ tiên tiến nhất hiện nay để xử lýnước thải vì có thể loại bỏ được chất ô nhiễm và vi sinh vật triệt để MBR đã được sử dụngrộng rãi trong xử lý nước thải công nghiệp hay khu dân cư có số dân tương đương tới 80.000người

Công nghệ mới này có thể duy trì nồng độ bùn hoạt tính ở mức rất cao trong bể phản ứng màkhông cần xử dụng bể lắng để tách chất lỏng trộn lẫn với bùn hoạt tính Kết quả là nước qua

xử lý có chất lượng cao hơn bao giờ hết, cũng như tiết kiệm không gian và giảm chi phí hoạtđộng được thực hiện Do việc kiểm soát bùn ở bể lắng được loại bỏ nên hệ thống xử lý này cótính năng bảo trì thấp hơn, việc tách cặn không cần đến bể lắng bậc 2

Với những ưu thế trên thì việc nghiên cứu để đưa công nghệ màng lọc sinh học trong xử lýnước thải vào áp dụng ở Việt Nam là thực sự cần thiết, nhằm góp phần phát triển mở rộnglĩnh vực xử lý nước thải, tiếp cận với công nghệ mới thân thiện môi trường, mang lại hiệu quảkinh tế to lớn, và quan trọng hơn cả là nâng cao chất lượng môi trường sống

1.2 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu, tìm hiểu công nghệ MBR trên thế giới và Việt Nam, phân tích các ưu nhượcđiểm và đánh giá khả năng ứng dụng MBR trong xử lý nước thải đô thị phù hợp với điều kiệnViệt Nam Từ đó đề xuất dây chuyền công nghệ xử lý nước thải và tái sử dụng nước thải cóMBR

1.3 PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

1.3.1 Phạm vi nghiên cứu

- Thu thập các tài liệu phân tích về tình hình thoát nước và xử lý nước thải ở Việt Namhiện nay;

- Tìm hiểu cơ sở lý thuyết, nguyên tắc hoạt động của MBR;

- Áp dụng thử để tính toán thiết kế trạm XLNT có sử dụng MBR cho khu đô thị;

- Đánh giá khả năng ứng dụng MBR để xử lý nước thải và tái sử dụng nước thải đô thịtrong điều kiện Việt Nam

1.3.2 Phương pháp nghiên cứu

- Dựa trên cơ sở khoa học, thực tiễn và những dự báo phát triển trong lĩnh vực ngành xử

lý nước thải nói chung và xử lý nước thải ứng dụng công nghệ MBR nói riêng từ đó đềxuất ý kiến

Ngoài việc khai thác hợp lý nguồn tài nguyên thiên nhiên, con người bảo vệ thiên nhiên vàmôi trường sống xung quanh bằng cách hạn chế nhất các nguồn thải đưa vào môi trường, đảmbảo môi trường có khả năng tiếp nhận mà không bị suy giảm

Với khả năng kinh tế và trình độ khoa học ngày càng phát triển, các công nghệ xử lý nướcthải mới theo đó hình thành đã đóng góp rất nhiều trong việc bảo vệ môi trường Công nghệ

xử lý nước thải có ứng dụng màng lọc sinh học là một công nghệ mới nhất hiện nay, đạt đượchiệu quả xử lý cao, đã được ứng dụng nhiều trên thế giới, phù hợp với quá trình phát triển đilên của xã hội Do vậy, việc nghiên cứu và áp dụng công nghệ này trên thế giới nói chung và

ở Việt Nam nối riêng là hoàn toàn cần thiết



CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ ỨNG DỤNG MÀNG LỌC SINH HỌC ĐỂ XỬ LÝ

NƯỚC THẢI 2.1 LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CÔNG NGHỆ MBR

MBR đã được giới thiệu vào cuối thập niên 1960, ngay trong khi siêu lọc (UF) và vi lọc (MF)đang ở quy mô thương mại có sẵn Ban đầu MBR được giới thiệu bởi Dorr-Olivie (1969) làviệc kết hợp màng lọc với bùn hoạt tính tuần hoàn Các lớp màng được thiết kế bằng vật liệupolymer, trên đó có đường kính lỗ rỗng đặc trưng từ 0,003 tới 0,01 μm Trong giai đoạn phátm Trong giai đoạn pháttriển ban đầu nó đã gặp nhiều khó khăn trong việc sử dụng vì chi phí cao của cả hệ thống khinền kinh tế chưa đủ đáp ứng, ngoài ra hiệu suất đạt được còn thấp do màng bẩn nhanh chóng

mà chưa có biện pháp khắc phục Để giải quyết vấn đề này cần thiết phải có bơm tạo áp lớn,tuy nhiên lại gặp phải vấn đề năng lượng hao tốn đáng kể (ước tính 10 kWh/m3 sản phẩm) Do

đó, MBR thế hệ trước chỉ ứng dụng trong các lĩnh vực thích hợp với nhu cầu đặc biệt như khutrượt tuyết hay các khu cô lập,…

Hình 2.1 Màng sinh học bên ngoài (Side-Stream - sMBR)

Trong những năm 1980, công nghệ MBR được áp dụng khá phổ biến ở Nhật Bản trong cáccông trình xử lý nước thải hoặc trong các nhà cao tầng có sử dụng lại nước thải Trong giai

đoạn này, MBR thường là các modules xử lý ngoài (side-steam - hình 2.1), hiệu quả thấp và

hao tốn năng lượng nhiều

MBR nhúng ngập (hình 2.2) được đề xuất vào cuối những năm 1980 đã giảm được đáng kể

mức sử dụng năng lượng, đó là ý tưởng của nhà nghiên cứu người Nhật Bản – Yamamotocùng các cộng sự (1989) Kể từ đây công nghệ MBR phát triển một cách nhanh chóng

Hình 2.2 Màng lọc sinh học kiểu nhúng ngập (immersed - iMBR)

Một công ty của Nhật Bản là Kobuta nghiên cứu phát triển MBR dạng lớp mỏng, kết hợp vớimột công ty của Canada là Zenon nghiên cứ phát triển sợi tổng hợp MBR Trong năm 2004 đã

có hơn 2200 hệ thống MBR được xây dựng, lắp đặt rộng khắp trên toàn thế giới Riêng ở Bắc

Mỹ đã có tới 258 dự án MBR quy mô lớn được hình thành

2.2 PHÁT TRIỂN KỸ THUẬT MBR ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TRÊN THẾ GIỚI 2.2.1 Thị trường MBR và triển vọng phát triển

Các báo cáo phân tích cho thấy thị trường MBR đang được mở rộng và tốc độ tăng trưởngnày sẽ được duy trì trong mười năm tiếp theo Thị trường thế giới tăng gấp đôi trong giai đoạn

5 năm từ năm 2000 đến 2005 đạt mức 217 triệu $ vào năm 2005, trong khi đó năm 1995 chí là

10 triệu $ Dự đoán năm 2015 mức tăng trưởng này sẽ đạt 420 triệu $ Như vậy, công nghệnày đang phát triển nhanh hơn so với thị trường các thiết bị xử lí nước thải tiên tiến và nhanhhơn cả thị trường của các hệ thống màng lọc khác

Ở Châu Âu, tổng giá trị của thị truờng MBR cho các công trình công nghiệp và của thành phốước tính lên tới €25,3 triệu năm 1999 và €32,8 triệu năm 2002, năm 2004 đạt

€57 triệu Trong các kế hoạch phát triển thị trường trong tương lai chỉ rarằng số liệu năm 2004 sẽ tăng bình quân 1 năm là 6,7%, thị trường MBRChâu Âu sẽ phải phát triển gấp đôi về tầm cỡ trong 7 năm kế tiếp, hiện tại

nó đang được chia khá đều giữa các quốc gia như UK & Ireland, Germany,

France, Italy, Benelux và Iberia (hình 2.3)

Hình 2.3 Thị trường MBR tại Châu Âu (Frost & Sullivan, 2005)

Người ta cũng hi vọng thị trường này tại Mĩ và Canada sẽ đạt tốc độ tăng trưởng ổn địnhtrong thập kỉ tới với tổng thu nhập từ làm sạch nước dựa trên cơ sở màng lọc, khử muối chonước và xử lí nước thải là trên $750 triệu vào năm 2003 và tiếp tục tăng đạt $1,8 tỉ vào 2015.Theo một số nhà phân tích, thị trường MBR tại Mỹ sẽ đạt mức tăng trưởng nhanh đáng kểhơn tất cả các lĩnh vực khác trong công nghiệp xử lí nước của nước này và các nhánh nhỏ củangành này như thị trường lọc, các loại hình công nghệ như màng lọc, bức xạ tia cực tím sẽtăng vượt mức 15% (Maxwell, 2005) Vùng Viễn Đông là một thị trường đầy tiềm năng Năm

2005, có tới 1.400 hệ thống MBR được lắp đặt tại Hàn Quốc

Tương lai của thị trường này nhìn chung là rất khả quan với triển vọng về sự tăng trưởng ổnđịnh Mức độ lạc quan của vấn đề càng được củng cố dựa trên các ảnh hưởng quan trọng đãgiúp cho thị trường này phát triển như ngày hôm nay và thậm chí còn phát triển hơn nữa trongtương lai Các nhân tố thị trường quan trọng này bao gồm các yêu cầu về luật pháp trong việcquản lí chất lượng nước, mức tài trợ tăng và các động cơ đi kèm như giảm giá thành và sự tintưởng vào công nghệ đang ngày càng được nâng cao

2.2.2 Các rào cản trong việc triển khai công nghệ MBR

Nhiều sản phẩm màng lọc đã được phát triển nhưng các sản phẩm không được phát triển cònnhiều hơn thế Mặc dù khoa học công nghệ đã phát triển, nhưng vẫn còn có những định kiếnkhiến cho những người đưa ra quyết định chính thức còn miễn cường khi triển khai MBR trêntoàn thế giới trong các công trình công nghiệp hoặc của đô thị

Công nghệ MBR được nhìn nhận như là một nghệ thuật nhưng đôi khi nó cũng mang tính rủi

ro cao và giá thành cũng rất đắt khi đem so với các loại hình công nghệ khác như nhà máy xử

lý bằng bùn hoạt tính và các công nghệ khác bắt nguồn từ nó Trong khi công nghệ bùn hoạttính được xem là hợp lí về măt giá thành/giá trị cao, và bộ lọc sinh học sục khí (BAFs) có giáthành trung bình và thấp với chất lượng trung bình, nhiều đánh giá cho rằng MBR có giáthành cao và giá trị cũng cao Vì thế, mặc dù yêu cầu về chất lượng là cao, nhưng thôngthường các tổ chức không nhận thấy việc đầu tư một khoản tiền lớn cho MBR là cần thiết Có

lẽ chỉ đến khi nào luật pháp yêu cầu chất lượng xử lý nước cao hơn chất lượng mà các côngnghệ cũ có thể làm được thì các tổ chức kia mới xem xét lại các ích lợi mà việc lắp đặt MBR

có thể đem lại cho họ

Hình 2.4 Đánh giá tương quan một số công nghệ xử lý nước thải (Reid, 2006)

Có vẻ đúng khi đưa ra nhận định rằng, những người đưa ra quyết định cuối cùng khá lưỡng lựkhi phải đầu tư một khoản tiền khá lớn ban đầu cho một công nghệ còn khá mới để có thểđem lại chất lượng sản phẩm cao hơn mức yêu cầu, đặc biệt là khi MBR đã từng được nhậnxét là công nghệ này yêu cầu kĩ năng cao và vốn đầu tư lớn trong việc vận hành và bảo dưỡngtrong khi thông số phí tổn khi vận hành chưa được xác định Có khả nhiều ví dụ về kết quảthành công khi áp dụng MBR trong một số công việc, nhưng bên cạnh đó cũng vẫn còn cáctrường hợp mà biện pháp khắc phục được tiến hành không có kế hoạch do lỗi kĩ thuật, việcvận hành và bảo dưỡng không phù hợp và một vài nhân tố khác như sự thiếu kinh nghiệm vàthiếu hiểu biết Tất cả những điều này đã vô tình dẫn tới một suy nghĩ rằng MBR rất khó bảodưỡng và duy trì

Trước đây, theo thống kê chưa đầy đủ, đã có một số nơi thuyết phục những người đưa raquyết định cuối cùng về tiềm năng của MBR và thực tế là họ có thể trình bày những con số vềgiá thành hết sức hợp lí và đáng tin cậy Trong rất nhiều trường hợp, công nghệ đã chứng tỏđược hiệu suất của nó trong nhiều năm với những sản phẩm tốt về chất lượng nước, đem lạilợi ích về mặt giá thành một cách rõ ràng.

Cuối cùng, để đưa một công nghệ mới từ phòng thí nghiệm vào ứng dụng thành công trongthực tế là rất tốn kém cả về tài chính và thời gian Vấn đề này có liên quan trực tiếp tới mộtthực tế rằng đại bộ phận các nhà cung cấp công nghệ về nước của Châu Âu chỉ là các doanhnghiệp vừa và nhỏ, vì thế, họ khó có thể có đủ tiềm lực về tài chính để có thể đưa công nghệnày từ nghiên cứu trong phòng thí nghiệm ra vận hành trên thị trường

2.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc triển khai công nghệ MBR

 Tình trạng khan hiếm nước tại địa phương

 Các chính sách ưu đãi của nhà nước để khuyến khích sự phát triển của công nghệ xử línước thải và đặc biệt là tái chế

 Giảm giá thành đầu tư

 Tăng niềm tin và chấp nhận công nghệ MBR

Không nghi ngờ gì khi khẳng định hệ thống luật pháp hiện nay là yếu tố quan trọng ảnhhưởng tới thị trường này bởi vì luật pháp đang thực thi một chế độ nghiêm ngặt hơn về sảnphẩm chất lượng nước và việc đảm bảo nguồn nước trên toàn thế giới, thông thường là qua táichế, và vì thế luật pháp yêu cầu tất cả các tổ chức phải đánh giá lại công nghệ hiện tại củamình theo các quy định mới Rất nhiều sáng kiến về việc tái sử dụng và tái chế đã được đưa ra

và mang lại hiệu quả tương tự như nhau

Trong Liên minh Châu Âu, hệ thống luật pháp được thể hiện ở một loạt các luật có liên quantới nước và nước thải, trong đó những vấn đề quan trọng nhất có liên quan tới MBR là:

Tiêu chuẩn về nước sinh hoạt EC (1976): tiêu chuẩn này nhằm nâng cao chất lượng nước sinhhoạt về mức độ gây hại của vi sinh vật tại một số địa phương được lựa chọn trong quá trìnhnghiên cứu Tiêu chuẩn này hiện đang được xem xét lại nhằm làm đơn giản hóa và cập nhậtthêm thông tin mới.

Tiêu chuẩn về xử lí nước thải đô thị: như đã được thống nhất thông qua vào năm 1991, tiêuchuẩn này nhằm mục đích bảo vệ môi trường tránh được tác hại từ việc thải nước Mức độ xử

lí sẽ căn cứ vào lượng thải và mức độ ô nhiễm của nước thải (Defra, 2006a)

Đạo luật về nước: Đạo luật này vừa mới được chỉnh sửa lại vào năm 2003, bao gồm 3 phầnliên quan tới tài nguyên nước, nước phục vụ cho công nghiệp và một phần tổng kết

Tiêu chuẩn về quản lí và ngăn ngừa ô nhiễm nguồn nước: được áp dụng cho lĩnh vực côngnghiệp, với mục tiêu để hạn chế tới mức tối đa ô nhiễm từ các ngành công nghiệp Tiêu chuẩnnày yêu cầu các tổ chức phải nâng cấp công nghệ để có thể đáp ứng được tiêu chuẩn nghiêmngặt và nhận được giấy phép tiếp tục hoạt động Để có được giấy phép kể trên, các tổ chứcphải cho thấy được mình đang hoạt động dựa trên những kĩ thuật hiện đại nhất hiện có

Tiêu chuẩn về nơi chứa rác thải của Châu Âu: có hiệu lực từ năm 1999, mục đích của tiêuchuẩn này là khuyến khích việc tái chế rác thải và giảm mức rác thải Tiêu chuẩn này tậptrung vào vấn đề ô nhiễm nguồn nước mặt, nước ngầm, đất, không khí và môi trường toàn cầubao gồm hiệu ứng nhà kính, cũng như tất cả các nguy cơ có thể ảnh hưởng tới sức khỏe củacon người (Defra, 2006b)

Khung chương trình về vấn đề nước: có hiệu lực từ tháng 12 năm 2006, Tiêu chuẩn này làphần quan trọng nhất trong luật pháp về vấn đề nước cho tới nay Tiêu chuẩn mang tính toàndiện này là tập hợp của rất nhiều các tiêu chuẩn khác liên quan tới nguồn nước, chất thải vàtrong tiêu chuẩn có yêu cầu rằng tất cả các nguồn nước trong đất liền cũng như ven biển phảiđạt chất lượng tốt vào năm 2015

Khung luật pháp của Mỹ lại tập trung vào các vấn đề sau:

Đạo luật ngăn ngừa tình trạng ô nhiễm (1990): mục đích của đạo luật này là yêu cầu cácngành công nghiệp, chính phủ và cộng đồng quan tâm tới việc giảm sự ô nhiễm qua việc thayđổi giá thành trong sản xuất, hoạt động và sử dụng nguyên liệu thô Việc ngăn ngừa ô nhiễmcũng có thể bao gồm các họat động khác như tăng tính hiệu quả trong việc sử dụng nănglượng, nguồn nước hay các nguồn tài nguyên thiên nhiên khác và bảo vệ nguồn nước thôngqua việc bảo tồn

Đạo luật về vấn đề an toàn của nước uống (1974): đạo luật này tập trung vào tất cả các loạinước trên mặt đất hoặc nước ngầm mà đang và có thể sẽ được sử dụng làm nước uống Đạoluật này trao quyền cho EPA xây dựng tiêu chuẩn an toàn về tính trong sạch của nước và yêucầu tất cả các hệ thống cung cấp nước tuân theo các tiêu chuẩn quan trọng (EPA, 2006b) Từnăm 1974, rất nhiều quy tắc và thay đổi đã diễn ra, trong đó có nhiều thay đổi liên quan tớiviệc quản lí việc tẩy uế các phế phẩm và các chất thải hữu cơ và vô cơ nhưng không có đạoluật nào đề cập trực tiếp tới việc tái sử dụng nước thải.

Đạo luật về nước sạch (Clean Water Act – CWA, 1972): đạo luật này xây dựng khung cơ bảncho việc điều hòa các chât gây ô nhiễm thải vào nguồn nước ở Mỹ và quy định tiêu chuẩn chonước thải công nghiệp Đạo luật này được sửa đổi vào năm 1977, 1981 và 1987 Ban đầu, đạoluật này nhằm mục đích đảm bảo nước sạch là nơi cá có thể sinh sống được, người có thể bơiđược, mặc dù một nghiên cứu gần đây cho thấy đạo luật cần phải bổ sung thêm để đạt đượcmục tiêu này (Benham et al., 2005)

Trong nỗ lực để đạt được mục tiêu trên, chương trình tải lượng tối đa hàng ngày (TMDL) đã

được triển khai Phần 303(d) trong CWA yêu cầu chương trình này phải được áp dụng với tất

cả các nguồn nước có chất lượng kém Một chương trình TMDL chỉ rõ khối lượng tối đa củamột chất gây ô nhiễm môi trường trong nguồn nước mà nguồn nước đó vẫn đáp ứng được tiêuchuẩn về chất lượng Chương trình này cũng chỉ rõ từng loại chất gây ô nhiễm MBR mở rahướng mới cho việc giảm lượng thải nguồn điểm thông qua việc tái chế và cải thiện chấtlượng cho nước Tại Mỹ, một số bang, đặc biệt là những nơi thiếu nước trầm trọng nhưCalifornia và Florida, có thể thông qua một số quy định được bổ sung trongkhuôn khổ của luật pháp Bang Georgia đã triển khai một sáng kiến trongviệc sử dụng lại nguồn nước với khẩu hiệu “Chính sách cho việc cải tạonước và tái sử dụng nguồn nước tại các đô thị” Chủ trương này bao gồmcác phương tiện cho việc xử lí nước thải, các tiêu chí để kiểm soát và xử líquá trình trên cũng như các yêu cầu về thiết kế, vận hành và quản lí hệthống California đã ban hành một loạt các luật của bang kể từ khi Đạoluật về quản lí ô nhiễm nguồn nước được công bố và sửa đổi vào năm

1972

Trên đây là chỉ một số ví dụ về vấn đề có liên quan tới pháp luật, vì phạm vi của luận văn nênkhông đề cập tới tất cả các chủ trương, chính sách và quy định của thế giới về vấn đề này.Mặc dù vậy, những ví dụ trên góp phần cho thấy một thực tế của môi trường điều tiết mà côngnghệ MBR đang được sử dụng Ngoài ra còn có nhiều lý do để cho rằng pháp luật sẽ trở nênnghiêm ngặt hơn trong tương lai nhằm đáp ứng với từng nguồn nước và mức độ suy giảmchất lượng nước ngọt

Vấn đề ưu đãi và cấp vốn

Cùng với các chủ trương chính sách về luật pháp, một loạt các ưu đãi về việc sử dụng mộtcách sáng tạo và hiệu quả công nghệ về nước đã được áp dụng cho các tổ chức hoạt độngtrong lĩnh vực công nghiệp Chúng có tác động quan trọng tới khả năng về vốn và thay đổitheo số lượng và bản chất của vấn đề nhưng lại chịu ảnh hưởng bởi sự cần thiết phải giảm nhucầu về nước sạch

Tại Anh năm 2001, kho bạc đã phát động một chiến dịch tư vấn về vấn đề công nghệ xanh.Công nghệ xanh được thiết kế ra nhằm đẩy nhanh tiến bộ về khoa học công nghệ và tạo điềukiện phát triển cho các công nghệ môi trường mới Sáng kiến này được lập ra để đi cùng vớicác khoản tín dụng thuế trước đây dành cho doanh nghiệp nhỏ để khuyến khích nghiên cứu vàphát triển, đồng thời giảm thuế hơn nữa về đầu tư vào công nghệ thân thiện môi trường trongcác hình thức trợ cấp vốn nâng cao

Ở Mỹ, nguồn tài trợ của nhà nước cũng đặt ra để khuyến khích sự đổi mới trong công nghệ.Các quỹ quay vòng dành cho vấn đề nước (CWSRF) (thay thế việc xây dựng Đề án tài trợ vàđược quản lý bởi Phòng Quản lý nước thải tại Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ) là nguồntài trợ lớn nhất, tập trung vào kinh phí hệ thống xử lý nước thải và bảo vệ nguồn nước(USEPA, 2006c) Chương trình cung cấp kinh phí cho việc xây dựng cơ sở xử lý nước thảithành phố và thực hiện kiểm soát sự ô nhiễm nguồn điểm, dự án bảo vệ cửa sông Trongnhững năm gần đây quỹ đã cung cấp hơn 4 tỷ $ mỗi năm để tài trợ cho dự án bảo vệ chấtlượng nước trong xử lý nước thải, ô nhiễm nguồn không có điểm kiểm soát, quản lý lưu vựcsông và cửa sông

Theo trên, các ví dụ chỉ là những hình ảnh minh hoạ của những gì có sẵn trên toàn cầu, vàphạm vi của bài không thể thể hiện một cách đầy đủ Tuy nhiên, rõ ràng là tổ chức chính phủ

đã và đang cung cấp, khuyến khích đầu tư vào các dự án tiên tiến, kết quả là, công nghệ MBRtrở nên dễ dàng hơn về khả năng chi trả Có thể nói, lựa chọn công nghệ này là không bìnhthường đối với nhà lập pháp, nhà quản lý, nhưng hãy đặt vấn đề ở công nghệ về các tiêuchuẩn, hiệu suất, chất lượng đạt được Những lợi ích của MBR theo quan điểm tái chế là (a)khả năng đạt được chất lượng một cách hợp lý, (b) độ tin cậy tương đối và (c) đánh dấu bướcngoặt công nghệ mới

Các yếu tố khác ảnh hưởng đến việc triển khai hệ thống MBR còn phải kể đến (1) Tổng mức đầu tư; (2) Mức độ khan hiếm nước tại vùng và (3) Mức độ tin tưởng vào công nghệ Trong

phạm vi luận văn chưa thể nghiên cứu đầy đủ, các vấn đề này sẽ được nghiên cứu tiếp trongnhững đề tài sau

2.2.4 Một số dự án nhà máy XLNT trên thế giới sử dụng công nghệ MBR

Chỉ tính trong 10 năm trở lại đây, trên thế giới đã có hàng loạt nhà máy xử lý nước thải và tái

sử dụng nước thải được hình thành với nhiều quy mô khác nhau Chủ yếu các nhà máy xử lýnước thải này dùng để xử lý nước thải khu đô thị và các khu công nghiệp, công trình đã đưavào hoạt động có hiệu quả, và đem lại lợi ích môi trường to lớn

Có thể nêu ra đây một số những công trình tiêu biểu trên thế giới đã áp dụng thành công côngnghệ MBR trong xử lý nước thải:

ST

Loại nước thải, công suất

Năm đưa vào hoạt động

1 Carnation Wastewater

Nước thải sinh hoạt,1.800 m3/day

2008

2 Brightwater Project WA, USA

Nước thải sinh hoạt,136.000 m3/day

205.000 m 3 /day

2010

2040 (dự kiến)

3 Zakher Waste Water

Treatment plant Abu Dhabi

Nước thải sinh hoạt,145.000 m3/day

2008

4 PS-1 Membrane Bio

Nước thải sinh hoạt,5.000 m3/day

750 m3/day2.500 m3/day

20012001200220032005

6 Heta Waste Water Treatment plant Numaru, Japan 2.140 m3/day 2007

Loại nước thải, công suất

Năm đưa vào hoạt động

m3/day

11 International WWT Plant

Tijuana RiverValley, Mexico,USA

Nước thải sinh hoạt,95.000 m3/day

2009

12 University of Applied Sciences

Giessen-Friedberg

Germany Nước thải sinh hoạt,24.000 m3/day 2002

13 MP Medioambiente Spain Nước thải sinh hoạt,2.300 m3/day 2005

14 SC Adiss Romania Nước thải sinh hoạt,48 m3/day

MP Medioambiente Andalusia, Spain

Nước thải sinh hoạt,

552 m3/day

2006

Tham khảo thêm tại: http://www.water-technology.net/projects/

2.3 SỬ DỤNG MÀNG LỌC SINH HỌC ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI TẠI VIỆT NAM 2.3.1 Tình hình xử lý nước thải đô thị ở Việt Nam

Các đô thị của Việt Nam hiện nay, hệ thống thoát nước là hệ thống chung chủ yếu được xâydựng từ thời Pháp thuộc Ðường ống nước thải và đường ống nước mưa còn chung nhau, dẫnđến việc khó khăn trong quá trình xử lý nước thải, đặc biệt là nước thải sinh hoạt Do điềukiện kinh tế nước ta còn khó khăn nên không thể một sớm một chiều mà phá hủy hệ thống cũ

để làm lại, cần tận dụng để tránh lãng phí Có thể kết hợp việc xây dựng hệ thống cống bao đểdẫn nước thải vào khu vực xử lý chung không bị vỡ đoạn Riêng ở các khu đô thị mới xây

dựng, nhất thiết phải có đường ống nước mưa và đường ống nước thải riêng để việc xử lýđược triệt để và có hệ thống.

Sức ép của tăng trưởng dân số và phát triển kinh tế tại các đô thị Việt Nam đang đè nặng lênmôi trường khiến cho tình trạng ô nhiễm nước thải và chất thải rắn ngày càng trầm trọng.Nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% tổng số nước thải ở các thành phố, là một nguyênnhân chính gây nên tình trạng ô nhiễm nước và vấn đề này có xu hướng càng ngày càng xấuđi

Hệ thống xử lý nước thải vệ sinh tại hầu hết các thành phố của Việt Nam cũng rất kém Nướcthải từ nhà vệ sinh chỉ được xử lý qua loa trong các hệ thống bể tự hoại của gia đình, rồi sau

đó hòa chung với nước xám chưa qua xử lý trước khi chảy vào cống thoát nước chung, hoặcchảy thẳng ra sông, hồ

Hầu hết các hệ thống thoát nước này đều là hệ thống thoát nước chung có chức năng thoátnước mưa và nước thải nhưng rất cũ và đã xuống cấp, được xây dựng với đường kính, độ dốcnhỏ và có tốc độ dòng chảy thấp nên gây ra sự lắng đọng và tắc cống trong cả hệ thống vàomùa khô đồng thời gây ngập lụp vào mùa mưa

Các chuyên gia về thoát nước của Bộ Xây dựng cho biết, thời gian ngập cục bộ trung bìnhkhoảng 2 - 3 tiếng với mực nước ngập đường 0,2 - 0,7m

Những nguyên nhân và thực trạng về nước thải nêu trên đã tồn tại từ rất nhiều năm nay màkhông có giải pháp xử lý triệt để đã gây ra tình trạng ô nhiễm nước thải ở mức báo động trên

cả nước

Ước tính của các chuyên gia Bộ Xây dựng cho biết, mỗi ngày tổng lượng nước thải đô thị ở

Hà Nội lên tới 500.000m3; trong đó, 100.000m3 là lượng nước thải từ các cơ sở công nghiệp,bệnh viện và các cơ sở dịch vụ khác Chỉ có một số ít nhà máy và bệnh viện được trang bị hệthống xử lý nước thải tại chỗ, và chỉ có 8-10% tổng lượng nước thải đô thị được xử lý vớitổng công suất khoảng 48.000 m3/ngày

Trước đây khi mật độ dân cư còn thấp, khả năng chịu tải của môi trường lớn, thời gian tự làmsạch nhanh Tuy nhiên, với sự gia tăng dân số, phát triển công nghiệp một cách quá mức nhưhiện nay làm cho khả năng làm sạch của môi trường bị hạn chế đáng kể Dân số nội thànhThành phố Hồ Chí Minh hiện nay lên đến hơn 12 triệu người, và hầu hết sông, kênh rạch đã

bị ô nhiễm, đặc quánh chất thải

Từ năm 2004, TPHCM đã nhận thức được vấn đề này và bắt đầu triển khai một kế hoạch xâydựng hệ thống xử lý nước thải cho toàn thành phố Nhà máy xử lý nước thải ở huyện BìnhChánh thuộc dự án cải thiện môi trường nước lưu vực Tàu Hủ - Bến Nghé, kênh Đôi-Tẻ lànhà máy xử lý nước thải đầu tiên nằm trong kế hoạch nêu trên của thành phố đã được khởicông xây dựng và đưa vào vận hành.

Nhà máy xử lý nước thải ở huyện Bình Chánh có công suất xử lý (giai đoạn 1) lên tới 141.000

m3/ngày Nước thải sinh hoạt ở địa bàn các quận 1, 5, 8 nằm trong lưu vực kênh Tàu Hủ - BếnNghé - kênh Đôi-Tẻ sẽ được thu gom qua một hệ thống cống thu nước thải riêng, hoàn toàntách biệt với hệ thống thoát nước mưa hiện nay, để đưa về nhà máy xử lý

Hiện nay hệ thống cống thu gom cũng đang được triển khai xây dựng trên các tuyến đườngTrần Hưng Đạo, Hàm Nghi, Hồ Tùng Mậu, Trần Đình Xu song hành với nhà máy với tiến

độ đã đạt khoảng 80%

Công nghệ được áp dụng trong các nhà máy xử lý nước thải sẽ không dùng quá nhiều hóachất gây hại cho môi trường mà chủ yếu dùng các vi sinh, kích thích quá trình phân hủy Phầnnước, sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn Việt Nam sẽ được xả ra kênh, rạch, còn phần bùn, đất vàrác sẽ được chế biến thành phân vi sinh, phục vụ cho nhu cầu phát triển nông nghiệp củathành phố

Dự án cải thiện môi trường lưu vực Nhiêu Lộc - Thị Nghè đang được triển khai xây dựngcũng đã có một kế hoạch xây dựng nhà máy xử lý nước thải ở Cát Lái vào phân kỳ đầu tư thứ

2 Hiện nay, ở phân kỳ đầu tư thứ 1, dự án mới chỉ xây dựng một trạm bơm để lắng, lọc bùn,rác thu gom từ các khu dân cư trong lưu vực Nhiêu Lộc - Thị Nghè trước khi thải nước rasông Sài Gòn

Dự án Nâng cấp đô thị lưu vực Tân Hóa - Lò Gốm trong phân kỳ đầu tư giai đoạn 1 cũng vậy,chưa có kế hoạch xây dựng nhà máy xử lý nước thải nhưng theo ông Nguyễn Hoàng Nhân,Phó giám đốc Sở Xây dựng, Giám đốc dự án, điều này sẽ được thực hiện trong giai đoạn 2.TPHCM đang nỗ lực tìm nguồn vốn để đầu tư xây dựng nhà máy

Dự án cải tạo kênh Tham Lương - Bến Cát - Rạch Nước Lên trong giai đoạn đầu thực hiện:cải tạo kênh, rạch cũng chưa có kế hoạch xây dựng nhà máy xử lý nước thải như 2 dự án trênnhưng hạng mục này cũng sẽ đưa vào giai đoạn đầu tư sau

Cùng với các nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt cho từng lưu vực, TPHCM cũng đang khẩntrương, quyết liệt yêu cầu các bệnh viện, nhà máy, xí nghiệp xử lý nước thải đạt chuẩn trướckhi thải ra môi trường Và song hành đó là việc nạo vét và khơi thông dòng cho hệ thống

kênh, mương vốn đang đặc nghẹt vì rác của thành phố Như vậy, hứa hẹn trong một tương laikhông xa, môi trường nước ở TPHCM sẽ được cải thiện.

Trong những năm gần đây, Đảng và Chính phủ đã quan tâm nhiều đến công tác thoát nước

đô thị Một số luật và chỉ thị đã được ban hành như Luật Bảo vệ môi trường, Luật Tài nguyênnước Một số dự án và công trình thoát nước đã được triển khai và đầu tư xây dựng Phầnlớn các dự án này có kinh phí từ các nguồn tài trợ không hoàn lại hoặc ODA Tình hình thoátnước đang dần được cải thiện ở một số thành phố lớn như: Thủ đô Hà Nội, thành phố Hồ ChíMinh, Hải Phòng, Đà Nẵng, Vũng Tàu, Huế… và các khu công nghiệp, khu chế xuất mới.Tuy nhiên Hầu hết các các đô thị đều chưa có trạm XLNT tập trung hoặc các trạm XLNT nàychưa đi vào hoạt động

2.3.2 Định hướng thoát nước và xử lý nước thải đô thị Việt Nam

Theo “Quy hoạch thoát nước 3 vùng kinh tế trọng điểm” vừa được Thủ tướng Chính phủ phê

duyệt, hệ thống thoát nước mưa, nước thải, xử lý nước thải của các đô thị, thành phố, thị xãthuộc các địa phương trong vùng sẽ được quản lý tổng hợp thoát nước theo lưu vực sông

Quy hoạch thoát nước phải đồng bộ với quy hoạch hạ tầng kỹ thuật

Quan điểm quy hoạch thoát nước là phải phù hợp với quy hoạch phát triển kinh tế - xã hội,quy hoạch phát triển thuỷ lợi của vùng và các quy hoạch liên quan khác; quy hoạch thoátnước đô thị phải đồng bộ với các quy hoạch hệ thống hạ tầng kỹ thuật khác

Đối với các khu công nghiệp, đô thị mới phải quy hoạch, xây dựng hệ thống thoát nước mưa,nước thải riêng Nước thải sinh hoạt đô thị, công nghiệp, làng nghề bắt buộc phải xử lý đạttiêu chuẩn môi trường trước khi xả ra nguồn tiếp nhận Khuyến khích tái sử dụng nước thải đãqua xử lý để phục vụ cho các mục đích khác, đồng thời ủng hộ việc phát triển các công nghệ

xử lý nước thải có hiệu quả cao và thân thiện với môi trường

Áp dụng công nghệ xử lý nước thải phù hợp

Với lượng nước thải được dự tính khoảng trên 2 triệu m3 (gồm nước thải sinh hoạt và nướcthải công nghiệp), quy hoạch thoát nước thải của vùng Bắc Bộ là sự gắn kết mang tính chấtvùng của hai hệ thống thoát nước và xử lý nước thải của các đô thị, khu công nghiệp đượcquản lý theo 6 lưu vực sông chính: sông Nhuệ, sông Cầu, tả sông Hồng, sông Thái Bình, sông Lạch Tray, sông Cấm và vùng biển Quảng Ninh

Tại miền Trung, quy hoạch thoát nước mưa gắn liền với 5 lưu vực sông chính: Thành phố ĐàNẵng thoát ra sông Hàn, sông Cu Đê; thành phố Huế thoát ra sông Hương, sông Bồ; thành

phố Tam Kỳ thoát ra sông Tam Kỳ, Trường Giang; thành phố Quảng Ngãi thoát ra sông Vệ,Trà Khúc và thành phố Quy Nhơn thoát ra sông Công, Hà Thanh.

Tại phía Nam, hệ thống thoát nước mưa phân chia thành 3 khu vực chính: Khu vực có địahình cao (Đồng Nai, Bình Dương, Bình Phước, Tây Ninh); khu vực thành phố Hồ Chí Minh

và khu vực hai tỉnh Long An và Tiền Giang

Công nghệ xử lý nước thải căn cứ vào điều kiện cụ thể của từng đô thị để áp dụng công nghệhiện đại hoặc đơn giản, phù hợp với yêu cầu nguồn tiếp nhận và điều kiện kinh tế-xã hội

“Định hướng Phát triển thoát nước đô thị Việt Nam đến năm 2025 và tầm nhìn đến năm 2050” do Bộ Xây dựng lập và Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt với nội dung của các quyết

định chủ yếu tập trung giải quyết cơ bản yêu cầu về thoát nước nhằm bảo vệ và nâng cấp môitrường đô thị, phục vụ tốt đời sống nhân dân, thúc đẩy phát triển kinh tế một cách nhanhchóng, bền vững, trong đó có các nội dung chính như sau:

 Xóa bỏ tình trạng ngập úng thường xuyên trong mùa mưa tại các đô thị loại II trở lên;từng đô thị có hệ thống thoát nước thải với công nghệ xử lý phù hợp bảo đảm vệ sinhmôi trường

 Mở rộng phạm vi phục vụ các hệ thống thoát nước đô thị từ 56 - 60% lên 80 - 90%;đối với Thủ đô Hà Nội, thành phố Phố Hồ Chí Minh và các đô thị loại II ; các đô thịnằm trong vùng trọng điểm phát triển kinh tế, phát triển du lịch, các khu công nghiệp,khu chế xuất, đạt 90 - 100%

 Đến năm 2025, xóa bỏ hoàn toàn tình trạng ngập úng thường xuyên tại các đô thị

 Thiết lập cơ chế tài chính bảo đảm sự phát triển bền vững cho các hệ thống thoát nước

đô thị

Để có cơ sở quản lý và thực hiện các mục tiêu thoát nước đô thị, Chính phủ đã ban hành Nghịđịnh số 88/2007/NĐ-CP ngày 28/5/2007 về thoát nước cho đô thị và Khu công nghiệp trong

đó có các nội dung chính yêu cầu về thoát nước và xử lý nước thải:

 Phải kết hợp công trình thoát nước với các công trình hạ tầng kỹ thuật khác :

 Các đồ án quy hoạch, dự án đầu tư các công trình hạ tầng kỹ thuật khác (giaothông, thủy lợi, ) phải bảo đảm tính đồng bộ với hệ thống thoát nước đô thị vàkhu công nghiệp có liên quan và được cơ quan quản lý nhà nước về thoát nước ởđịa phương xem xét, thống nhất bằng văn bản trước khi trình cấp có thẩm quyềnphê duyệt

 Khi cải tạo, mở rộng, xây dựng mới các công trình hạ tầng kỹ thuật, đặc biệt làcông trình giao thông có liên quan đến hệ thống thoát nước đô thị và khu côngnghiệp thì chủ đầu tư phải có phương án bảo đảm thoát nước bình thường và cónghĩa vụ cải tạo, phục hồi hoặc xây dựng mới đồng bộ các hạng mục công trìnhthoát nước có liên quan theo quy hoạch.

 Cơ quan quản lý nhà nước về thoát nước tại địa phương, đơn vị thoát nước đượcgiao quản lý, vận hành hệ thống thoát nước có quyền và nghĩa vụ tham gia giámsát quá trình xây dựng các hạng mục công trình thoát nước của các dự án đầu tưxây dựng các công trình hạ tầng kỹ thuật có liên quan Đơn vị thoát nước cóquyền từ chối nhận bàn giao công trình thoát nước nếu chất lượng xây dựngkhông bảo đảm theo quy định

 Các quy định về quy chuẩn nước thải :

 Nước thải từ hệ thống thoát nước đô thị, khu công nghiệp, từ các hộ thoát nướcđơn lẻ xả ra nguồn tiếp nhận phải bảo đảm các quy chuẩn môi trường do cơ quannhà nước có thẩm quyền quy định Bộ Tài nguyên và Môi trường ban hành quychuẩn nước thải xả ra nguồn tiếp nhận

 Nước thải từ các hộ thoát nước xả vào hệ thống thoát nước đô thị, khu côngnghiệp phải bảo đảm các quy chuẩn nước thải xả vào hệ thống thoát nước do cơquan nhà nước có thẩm quyền quy định

Ngoài ra Bộ Tài Nguyên và Môi trường còn ban hành các tiêu chuẩn và Quy chuẩn quy định

rõ các yêu cầu về xử lý nước thải trước khi xả ra nguồn như Quyết định số BTNMT ngày 31/12/2008, trong đó có Quy chuẩn số QCVN 14:2008/BTNMT - Quy chuẩn

16/2008/QĐ-kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt quy định chi tiết về giá trị tối đa cho phép của cácthông số ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt khi thải ra môi trường

2.3.3 Tình hình sử dụng màng lọc sinh học trong công nghệ xử lý nước thải ở Việt Nam

Tại Việt Nam hiện nay chưa có nhiều công trình nghiên cứu về hệ thống MBR cũng như cácứng dụng của nó trong điều kiện thực tế Việt Nam

Năm 2007, TS Nguyễn Phước Dân, Trưởng Khoa Môi trường Trường Đại học Bách khoa

Tp Hồ Chí Minh đã chạy mô hình thí nghiệm thành công trong nghiên cứu dùng bể sinh họcmàng vi lọc để xử lý nitơ, ammonia trong nước thải Chiếc bể này được thiết kế như mộtchiếc bể lắng bùn hoạt tính thông thường nhưng bùn hoạt tính sinh trưởng lơ lửng được kếthợp với công nghệ lọc màng nhằm tách hai pha rắn lỏng ở đầu ra Vì thế, nồng độ bùn duy trìđược rất cao, thời gian lưu bùn kéo dài để đạt hiệu quả tối ưu trong việc khử nitơ và ammonia

Hệ thống bể sinh học MBR theo thiết kế của tác giả có hai kiểu: kiểu đặt ngập màng MBRvào trong bể và kiểu đặt ngoài Với kiểu đặt ngập, màng MBR hoạt động bằng cách hút hoặcdùng áp lực; với kiểu đặt ngoài, màng MBR hoạt động theo nguyên tắc tuần hoàn lại bể phảnứng ở áp suất cao 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 suấtcủa việc lọc nitơ và ammonia theo phương pháp này lên đến 85% TS Nguyễn Phước Dâncho biết, bể sinh học màng MBR có thể phù hợp để xử lý rất nhiều loại nước thải khác nhaunhư nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải nhà máy, nước rỉ rác, nước thải thủy hảisản Hiện nay, TS.Nguyễn Phước Dân đang tiếp tục nghiên cứu để lọc các kim loại nặng.Đây là nghiên cứu đầu tiên của Việt Nam về dùng bể sinh học màng MBR để xử lý nước thải

(1)

Đứng về khía cạnh thương mại, hệ thống MBR cũng được nhiều tổ chức giới thiệu tại ViệtNam và cũng đã có nhiều dự án được thành lập, xây dựng, vận hành và chuyển giao côngnghệ

Công ty Cổ PHẦN ĐẦU TƯ A1 giới thiệu

“Hitachi Compact MBR” là một hệ thống xử

lý nước thải công nghệ MBR thu gọn Nước

qua xử lý có thể dùng xả toilet, tưới cây,

dùng cho cảnh quan, trộn và lưu hóa bê

tông, dùng làm mát và nước công nghiệp

“Hitachi Compact MBR” đã được phối hợp

phát triển bởi Hitachi Plant Technologies

và Cơ quan Công trình Nước thải Nhật Bản

(Tổ chức chính phủ) Công ty cung cấp bộ

màng lọc có công suất xử lý từ 50m3/ngày Công suất chuẩn hóa là 250m3/ngày, 500m3/ngày,

và 750m3/ngày Có thể ứng dụng cho các trạm xử lý nước có công suất lớn hơn nhờ sử dụngnhiều bộ MBR chuẩn hóa “Hitachi Compact MBR” thiết lập 2 hoặc 3 module màng theochiều thẳng đứng, trong đó mỗi module tích hợp rất nhiều màng phẳng Nước thải được xử lýmột cách có hiệu quả bằng cách đơn giản là cho nước đi qua các tấm màng phẳng Nước thải

1 () theo Người Lao động, 11/10/2007

được tách ra thông qua quá trình hút và lọc, vì thế nước qua màng lọc trở thành nước qua xử

lý Khí được thổi từ ống phân phối khí đặt dưới đáy bể hiếu khí, ngăn không cho bùn bám vào

bề mặt màng Vì thế hệ thống có thể xử lý ổn định mà không bị tắc màng

"Hitachi Compact MBR" có thể được sử dụng cho nhiều đối tượng, như là: Bệnh viện; Tòanhà cao ốc; Khu nghỉ mát; Sân golf; Khu mua bán; Khu nhà ở công nhân; Khu dân cư nhỏ;Khách sạn; Tàu thuyền; Khu vực nhà máy; Trường học; Trại quân đội; Sử dụng khẩn cấp; Xử

lý nước công cộng

Ngoài ra còn rất nhiều công ty khác kinh doanh trong lĩnh vực này, ví dụ như Công ty CỔPHẦN MÔI TRƯỜNG CÔNG NGHỆ XANH - phân phối sản phẩm màng MBR MOTIMO -với công suất trạm nhỏ, 5 - 50m3/ngày; Công ty cổ phần đầu tư xây dựng và công nghệ môitrường Việt Nam cũng là tổ chức tham gia nhiều dự án từ thiết kế đến thi công các trạm xử lýnước thải dùng công nghệ MBR

Tuy nhiên, các dự án trạm xử lý nước thải áp dụng công nghệ MBR ở Việt Nam hiện nay mớichỉ là những trạm có công suất nhỏ, từ 5 đến 500 m3/ngày và chủ yếu áp dụng trong một sốngành công nghiệp

Yếm khí 1 Yếm khí 2 Hiếu khí 1 Hiếu khí 2 Lắng Lọc Khử trùng

Bơm nước hồi lưu bằng khí nén

Bơm nước hồi lưu bằng khí nén

Và một nghiên cứu liên quan đến xử lý nước thải có kết hợp áp dụng MBR tại Việt Nan nhằmcải thiện môi trường, đó là hệ thống xử lý nước thải tại nguồn Johkasou (1982) – mô hình đãđược áp dụng tại Nhật Bản trước đây

Hình 2.5 Mô hình xử lý trực tiếp nước thải tại nguồn

Thiết bị Johkasou gồm phần vỏ được chế tạo bằng vật liệu Dicyclopentadiene – Polymer hoặcnhựa Coposite kết hợp sợi hóa học, một máy bơm và 5 bể lọc khí, 2 bể lọc màng sinh học visinh hiếu khí và một bể trữ nước đã qua xử lý, có khoang khử trùng bằng clo… Hệ thống thiết

bị này được thiết kế gọn nhẹ, nhằm đem lại sự đơn giản trong lắp đặt và sử dụng Johkasou là

hệ thống xử lý nước sinh hoạt đạt được những chỉ tiêu tiên tiến, đáp ứng những yêu cầu khắtkhe nhất về bảo vệ môi trường hiện nay của các nước phát triển

Hình 2.6 Sơ đồ quy trình xử lý nước thải của sản phẩm

Nước thải sinh hoạt tổng hợp từ tòa nhà hoặc nước thải y tế từ bệnh viện được đi vào khoang

kỵ khí 1 qua đường ống dẫn 1 hình chữ T làm bằng vật liệu u.PVC, đường kính ống dẫn tùythuộc công suất của bể tiếp Một đầu đón nhận nước thải từ phía ngoài, một đầu xả được đặtngập sâu 10-20cm trong nước để tránh làm vỡ bề mặt đóng rắn khoang kỵ khí 1 Đầu trênđược đậy bằng nút bịt để tránh hơi và khí hôi thoát theo đường ống về khu WC hoặc nơi xảthải Tại đầu trên được khoét lỗ để đón nhận ống dẫn nước hồi lưu từ khoang sau về

Khoang kỵ khí 1 có tác dụng lưu chứa toàn bộ nước thải chưa xử lý Nó có tác dụng điều hòa

và phân phối đều trên vùng đệm vi sinh (nơi các vi sinh vật bám vào giá thể) dày đặc Nướcthải đi qua vùng này sẽ bị vi sinh phân hủy và các phản ứng hóa sinh đã xảy ra với tố độ rấtcao Nước thải được đi xuống đáy khoang 1

Ống dẫn 2 làm bằng vật liệu u.PVC được tiếp nhận nước thải sau xử lý khoang kỵ khí 1 Đầudưới của ống được đặt sát ngay sàn của vùng đệm tức là cách đáy bể 20-30cm, ống dẫn này

có tác dung cho nước thải chảy từ đáy khoang 1 chảy vào bề mặt vùng đệm khoang 2 đồngthời cho phép luồn ống hút của xe hút bùn vào trong lòng của nó để xuyên xuống đáy khoang

Hình 2.7 Bể Johkasou

Khoang 4 là khoang hiếu khí mềm (hiếu khí 2) Về cơ bản giống khoang hiếu khí số 1 nhưng

nó được lắp thêm đĩa phân phối khí để tạo ra một làn khí đều và không đủ mạnh như khoang

số 3 Các quá trình xử lý hiếu khí triệt để tiếp tục hoạt động để loại toàn bộ các thành phầnđộc hại còn lại ra khỏi nước thải Nhà vận hành sẽ điều chỉnh sự làm việc nhịp nhàng cáckhoang hiếu khí để sinh ra phản ứng phản Nitrat Phản ứng phản Nitrat sẽ tạo thành Nitơ (N2)dạng phân tử và được thải ra môi trường

Khoang 5 được tạo ra yên tĩnh để tạo sự lắng lọc tự nhiên Tại khoang này có thể lắp đặt thêmcác loại màng lọc dạng lưới để thu triệt để các chất rắn lơ lửng nếu có yêu cầu rất cao về độtrong của nước Với nước sau xử lý chỉ để tận dụng cho trở lại các bệ xí hoặc tưới rau sạchhay xả ra môi trường thì không cần lắp thêm các màng lọc Nano.

Khoang khử trùng và phân giải các hóa chất bằng Ozon nếu là nước thải y tế điều trị Chúng

ta cũng có thể sử dụng khử trùng bằng Ozon cho nước thải sinh hoạt khi đó ta không cần khửtrùng bằng Clo Khoang số 6 dùng để khử trùng bổ sung và phân hủy màu sắc còn tồn dưtrong nước (nếu cần) Tại khoang này ta để một ống chứa Clo dạng viên nén Nồng độ Clo cóthể điều chỉnh dễ dàng nhờ vào bộ điều chỉnh của ống và giá dỡ

Hệ thống Johkasou có thể áp dụng từng bước thay thế các hệ thống bể phốt hiện nay ở nước

ta, trước hết là tại các chung cư cao tầng, các khách sạn, khu du lịch sinh thái, các biệt thự vànhà nghỉ nhằm mang lại cho mọi người được hưởng một bầu không khí trong lành, góp phầnbảo vệ tính bền vững cho môi trường thiên nhiên trong khu vực và của cả cộng đồng

Hiện ở Việt Nam đã có nhiều công trình ứng dụng hệ thống Johkasou trong xử lý nước thải tạinguồn và đạt kết quả khả quan, như là:

- Nhà No_6 khu đô thị mới Dịch Vọng do Công ty Cổ phần phát triển đô thị Từ Liêmlàm chủ đầu tư Với thể tích 3,6 m3, công suất xử lý 2m3/ngày đêm phù hợp cho 10-15người sinh hoạt được đặt tại tầng 1 Đó là kết quả của sự hợp tác giữa Johkasou vàCông ty TNHH Xây dựng và Thương mại Hà Nội (Hactra.Co., Ltd.) cùng công ty Môitrường Xanh

- Công trình xử lý nước thải bệnh viện Nguyễn Tri Phương (Tp HCM) do công ty cổphần tiến bộ quốc tế (Advanced International Joint Stock Company – AIC) thi công đã

đi vào hoạt động từ tháng 4 năm 2010 với dạng bể FRP (kiểu Johkasou cải tiến), côngsuất trung bình 100 m3/day Công nghệ áp dụng theo quy trình AAO, đó là kết hợpnhiều quá trình xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ bằng vi sinh nhằm xử lý triệt để theocác tiêu chuẩn cao nhất đối với nước thải bệnh viện, chi phí thấp và trình độ tự độnghoá cao Trước đó, tháng 11 năm 2009, công ty AIC cũng đã bàn giao công trình trạm

xử lý nước thải với công nghệ tương tự cho bệnh viện Chợ Rẫy (Tp HCM), công suất

xử lý 4.000 m3/day Hoạt động của các trạm xử lý này đến nay vẫn duy trì tốt, trongtương lai nếu hệ thống đạt hiệu quả tốt thì sẽ tiếp tục phát triển và nhân rộng đến cácbệnh viện khác trong cả nước

2.4 KẾT LUẬN

Lịch sử phát triển công nghệ màng lọc sinh học là chưa lâu, song những thành tựu đạt đượclại vô cùng to lớn Hàng loạt các nhà máy xử lý nước thải trên thế giới, ứng dụng công nghệMBR để xử lý nước thải sinh hoạt, bệnh viện hay công nghiệp, với đầy đủ các quy mô từ nhỏtới lớn đã và đi vào hoạt động một cách hiệu quả.

Trong giai đoạn hiện nay, vốn đầu tư cho cả một hệ thống xử lý nước thải có áp dụng côngnghệ MBR là tương đối lớn, phù hợp với các nước phát triển và một số nước đang phát triển.Tuy nhiên, vấn đề về vốn không phải là tất cả, mà chất lượng xử lý mới là vấn đề đáng quantâm Để áp dụng công nghệ MBR thì cần đầu tư vốn lớn, nhưng hiệu quả xử lý lại đạt kết quảcao

Môi trường toàn cầu luôn bị đe doạ bởi các hoạt động sống của con người Đối với Việt Namnói riêng, chất lượng môi trường ở các khu đô thị lớn còn rất kém, tuy đã áp dụng nhiều biệnpháp xử lý, song kết quả còn rất hạn chế Từ ngay bây giờ, việc áp dụng công nghệ MBRtrong xử lý nước thải sẽ đem lại môi trường sống tốt hơn cho tương lai

CHƯƠNG 3 CƠ SỞ LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG MÀNG

LỌC SINH HỌC 3.1 CÔNG NGHỆ MÀNG LỌC

3.1.1 Màng lọc và quy trình phân tách bằng màng

“Màng lọc” thường có kích thước lỗ rỗng trong phạm vi từ dưới 0,001 đến 10µm, tuỳ thuộc theo từng cấp độ lọc (hình 3.1) Cấu trúc của màng phụ thuộc vào chất liệu và phương thức

hay kỹ thuật tạo thành

“Màng lọc sinh học” là sự kết hợp của một dạng kết cấu như vi lọc hay siêu lọc với tập hợp

các vi sinh vật sống lơ lửng, tăng trưởng sinh khối bằng việc hấp thụ các chất có trong nước

Hình 3.1 Khả năng lọc của các cấp độ lọc RO/NF/UF/MF

Nguyên lý cơ bản của quá trình lọc màng là việc tách ra các thành phần từ hỗn hợp nước khi

Hình 3.2 Tổng quan các quy trình lọc màng (Judd and Jefferson, 2003)

Có bốn quy trình phân tách bằng màng lọc chính, mà trong đó nước sạch là chất có thể thấm

Khả năng lọc phụ thuộc vào kích thước của lỗ thấm trên màng Loại màng lọc thưa nhất, dạng

vi lọc (MF), có thể loại bỏ được các vật thể dạng hạt Loại màng lọc khít nhất, dạng thẩm thấungược (RO) có thể loại bỏ được các ion, như Na+ và Cl- Kích thước các ion này bé hơn 1nm,điều đó chứng minh rằng kích thước các lỗ thấm của màng lọc của một RO là rất nhỏ Do đó,chúng chỉ có thể được nhìn thấy dưới loại kính hiển vi có độ khuếch đại lớn

Bản thân các màng lọc có thể được định nghĩa dựa theo loại phân tách mà nó đảm trách, theo

đó chỉ ra kích thước của lỗ thấm màng lọc Cách thứ hai có thể được định nghĩa theo đườngkính của lỗ thấm màng lọc với hiệu quả tương đương, thường tính bằng µm, hoặc phân tửkhối tương đương của vật chất tính bằng đơn vị dalton(1) mà màng lọc có thể lọc được Riêngvới màng lọc UF mức độ lọc được tính bằng khối lượng phân theo đơn vị dalton Với các chutrình lọc màng chủ yếu đã được chỉ ra, để tạo được dòng thấm phải cần một áp lực đẩy lớn.Tuy nhiên, có một số chu trình lọc màng khác trong đó màng lọc không nhất thiết phải được

sử dụng để chặn chất thải và cho nước thấm qua, mà có thể được sử dụng để:

 Chọn lọc các thành phần chiết xuất (khai khoáng) hoặc

 Nghiên cứu một thành phần ở dạng phân tử

Việc ứng dụng màng lọc đối với nước sạch và nước thải trong thương mại được giới hạn ởcác quá trình điều khiển áp lực và điện thẩm tách, các chu trình này có thể loại bỏ các ion

“bẩn” như nitrat và các loại ion tạo nên độ cứng, độ muối của nước

Công nghệ màng lọc được ứng dụng ở khu vực thành thị chủ yếu sử dụng áp lực trong khitính thấm của màng lọc và cơ chế phân tách có thể khác nhau giữa các quy trình, các quy trìnhnày đều có những đặc điểm chung về sản phẩm đã được làm sạch và chất cặn tạo thành.Việc loại bỏ các chất gây ô nhiễm cuối cùng lại tạo ra một hạn chế cơ bản cho các quá trìnhlọc màng Các thành phần bị loại bỏ có xu hướng tích tụ trên bề mặt màng lọc, tạo nên rấtnhiều các hiện tượng kéo theo việc giảm lưu lượng nước sạch đi qua màng lọc đối với một áplực màng lọc (TMP) cho trước Những hiện tượng này thường được gọi là sự đóng cặn Bởiviệc đóng cặn trên màng lọc là hạn chế chủ yếu của cơ chế hoạt động màng lọc, không ngạcnhiên rằng đa số các hoạt động nghiên cứu và phát triển quy trình và nguyên liệu màng lọcđược thực hiện tập trung vào vấn đề cải thiện đặc tính của màng lọc

Cặn có thể hình thành qua hàng loạt các cơ chế vật lý và sinh học mà tất cả đều có liên quanđến sự chồng chất các lớp vật chất trên bề mặt màng lọc hoặc trong cấu trúc màng lọc Điềunày để phân biệt với việc màng lọc bị tắc nghẽn, là việc các rãnh lọc bị lấp đầy bởi chất rắn dohiệu suất thủy động học thấp Độ kháng của màng lọc là cố định không thay đổi, trừ khi khảnăng thẩm thấu toàn diện của màng bị giảm xuống do tác động của các thành phần trongnguồn nước thường xuyên tiếp xúc hoặc đi qua màng lọc Mặt khác, độ kháng của phần bềmặt tiếp xúc này lại phụ thuộc vào bản chất chất tạo cặn trên bề mặt đó Ngược lại, điều nàylại phụ thuộc vào cả độ dày của bề mặt tiếp xúc, thành phần nguồn nước lọc (đặc biệt là các

thành phần tạo cặn) và lưu lượng nước qua màng lọc Nguồn nước lọc và các điều kiện thựchiện theo đó quyết định chủ yếu hiệu suất của quy trình lọc.

3.1.2 Vật liệu màng lọc

Có hai loại nguyên liệu màng lọc chính là polymeric (polyme tổng hợp) và ceramic Vật liệuphổ biến nhất được sử dụng cho các màng lọc là loại vật liệu có gốc polymer, như cellulose,polysulphone hoặc polycarbonate; hoặc màng gốm được làm từ vật liệu như nhôm (Al) hayzirconia (Zr)

Cũng có tồn tại các loại màng lọc metalic nhưng chúng chỉ có những ứng dụng rất đặc biệt vàkhông liên quan đến công nghệ MBR trong xử lý nước thải Để hoạt động hiệu quả, cácnguyên liệu màng lọc cần phải được chế tạo theo những cách nhất định đảm bảo có thể chonước thẩm thấu qua được

Rất nhiều loại chất liệu polymeric và ceramic được sử dụng làm nguyên liệu màng lọc Cơbản là chúng tạo nên lớp màng tiếp xúc mỏng nhằm đạt được độ sàng lọc yêu cầu, dưới đó sẽ

có một màng hỗ trợ dày hơn, thoáng hơn cho sự ổn định cơ chế lọc Một màng lọc cổ điển là

như vậy, kết cấu không đẳng hướng, chỉ có tính cân đối phía lớp bề mặt màng (hình 3.2)

Hình 3.3 Vật liệu màng: (a) polymeric; (b) ceramic.

Polymeric thường được sử dụng để chế tạo màng, vì đạt được cả 2 yếu tố là bề mặt tiếp xúcnhám lớn, và mật độ phân phối các lỗ đảm bảo thông lượng qua màng lớn nhất, đồng thời xácđịnh được mức độ loại bỏ cặn tốt nhất Các màng còn phải chịu được tác dụng cơ học lớn, tức

là màng phải có cấu trúc bền vững Cuối cùng, vật liệu sử dụng còn phải có tính bền với nhiệt

và hoá chất, chống oxy hoá tốt, và khả năng chống tắc nghẽn

Với các gốc polymer được sử dụng thì chỉ có một số lượng nhất định là phù hợp nhất, phổbiến là:

dụ như trong việc làm sạch khí

Một trong những hạn chế của lọc màng là sự lắng đọng và hấp thụ các chất tan học chất lơlửng Những lợi thế của việc sử dụng các quy trình tách qua màng là không cần thay đổi pha,tiêu thụ năng lượng tương đối thấp, và khả năng hoạt động ở nhiệt độ môi trường xung quanh

Có 3 cơ chế lọc chính, đó là: lọc chặn (dead-end); lọc khuấy trộn (stirred); và lọc trượt(crossflow)

Cơ chế lọc chặn (Dead-end)

Trong cơ chế lọc chặn, các phần tử bị chặn lại trong dòng vào có hướng vuông góc với màng

(Hình 3.4) Toàn bộ các thành phần hạt có kích thước lớn hơn kích thước lỗ rỗng của màng

đều bị giữ lại trên bề mặt màng, tạo thành lớp cặn bám; chỉ cho nước đi qua lớp màng, tạothông lượng lọc