nghiên cứu xử lý nước thải từ trạm xử lý nước thải công nghiệp tập trung bằng công nghệ sinh học màng mbr (membrane bioreactor)

Tuy nhiên cho đến nay, ở nước ta việc nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp tập trung bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng còn hạn chế do tính chất phức tạp và rất khó xử lý của n

phân hủy chất hữu cơ và kỹ thuật tách sinh khối vi sinh vật bằng màng vi lọc Quá trình sinh học màng MBR (Membrane BioReactor) đã và đang được áp dụng rộng rãi trong

xử lý nước thải những năm gần đây do ưu điểm như tăng hiệu quả xử lý sinh học, lượng bùn ít

Mô hình nghiên cứu được thiết kế theo hệ thống đặt ngập và sử dụng 01 bể sinh học màng MBR (Membrane BioReactor) với màng MF có kích thước 0,4 μm, 01 bể chứa nước thải đầu vào và 01 bể chứa nước sau xử lý

Đề tài được thực hiện từ tháng 9 năm 2017 đến tháng 12 năm 2017

Mẫu nước thải nghiên cứu được lấy sau bể lắng 1 tại nhà máy xử lý nước thải thuộc khu công nghiệp Xuyên Á (địa chỉ: Tỉnh lộ 824, ấp Tràm Lạc, xã Mỹ Hạnh Bắc, huyện Đức Hòa, tỉnh Long An), được bổ sung phospho theo tỷ lệ COD: N: P = 150: 5: 1 để vi sinh vật phát triển

Mô hình được vận hành với các tải trọng lần lượt là 0,5; 0,7; 0,9; 1,1 và 1,3 kgCOD/m3.ngày tương ứng với thời gian lưu nước (HRT) lần lượt 15,5; 11,1; 8,6; 7,0

và 6,0 giờ pH vào được điều chỉnh và duy trì trong khoảng từ 6,91 – 8,52 và nồng độ COD trong khoảng 200 – 300 mg/l

Kết quả vận hành thấy rằng, hiệu quả xử lý độ màu, COD tăng dần theo từng tải trọng,

cụ thể với hiệu suất xử lý độ màu là 74,78 ± 6,08% (tải trọng 1) tăng lên 76,23 ± 5,13%

(tải trọng 5); và hiệu suất xử lý COD là 81,28 ± 7,21% (tải trọng 1) tăng lên 89,88 ± 4,69% (tải trọng 5)

decomposition processes and a microfiltration separation technique MBR (Membrane BioReactor) has been widely applied in wastewater treatment in recent years due to advantages such as increased efficiency biological treatment, sludge less

This study was carried from September 2017 to December 2017

The research model was designed in a Internal system and used a MBR (Membrane BioReactor) with a 0,4 μm MF membrane, sewage tank 01 input and 01 tank of treated water

Wastewater used in the study is taken after Sedimentation tank 1 at the Wastewater treatment system in Xuyen A Industrial Park (Address: Provincial Road 824, Tram Lac Village, My Hanh Bac Commune, Duc Hoa District, Long An Province), phosphorus is added at the rate of COD: N: P = 150: 5: 1 to microorganisms found repeated

The thesis is operated with a organic loading of respectively 0,5; 0,7; 0,9; 1,1 and 1,3 kgCOD/m3.day corresponding hydraulic retention time (HRT), respectively 15,5; 11,1;

8,6; 7,0 and 6,0 hours pH is maintained in the range of 6,91 to 8,52 and the COD of about 200 – 300 mg/l

The results show that the performance operation handling colour of water, COD increased with organic load colour of water removal increase with increasing organic loading rate, ranging from 74,78 ± 6,08% to 76,23 ± 5,13%, and COD removal increase ranging from 81,28 ± 7,21% to 89,88 ± 4,69%

MỤC LỤC

MỤC LỤC i

DANH MỤC HÌNH ẢNH v

DANH MỤC BẢNG BIỂU VI DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT vii

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1

1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1

1.2 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 2

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài 2

1.2.2 Nội dung nghiên cứu 2

1.2.3 Phương pháp nghiên cứu 2

1.3 PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 3

1.4 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 3

1.5 Ý NGHĨA VÀ TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI 3

1.5.1 Ý nghĩa khoa học 3

1.5.2 Tính mới của đề tài 3

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 5

2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP 5

2.1.1 Tổng quan về nước thải từ trạm xử lý nước thải công nghiệp tập trung 5

2.1.2 Tính chất nước thải công nghiệp 5

2.1.2.1 Tính chất vật lý 6

2.1.2.2 Tính chất hóa học 6

2.1.2.3 Đặc điểm sinh vật, vi sinh vật và độc tính sinh thái 6

2.1.3 Đặc tính nước thải công nghiệp 7

2.1.4 Thông số đặc trưng của nước thải khu công nghiệp 7

2.1.4.1 Các thông số vật lý 7

2.1.4.2 Các thông số hóa học 8

2.1.4.3 Các thông số vi sinh học 10

2.1.5 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải KCN 10

2.1.5.1 Phương pháp cơ học 10

2.1.5.2 Phương pháp hóa – lý 11

2.1.5.3 Phương pháp sinh học 12

2.1.6 Một số quy trình công nghê xử lý nước thải tập trung 13

2.1.6.1 Khu công nghiệp Tân Bình 13

2.1.6.2 Khu công nghiệp Phước Đông – Bời Lời 15

2.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KCN XUYÊN Á VÀ NHÀ MÁY XLNT 16

2.2.1 Giới thiệu chung về KCN Xuyên Á 16

2.2.1.1 Vị trí địa lý 16

2.2.1.2 Một số ngành điển hình trong KCN 16

2.2.2 Nhà máy XLNT công nghiệp tập trung 19

2.3 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÀNG MBR 21

2.3.1 Giới thiệu về màng MBR 21

2.3.1.1 Khái niệm màng 21

2.3.1.2 Phân loại màng 21

2.3.1.3 Chế độ vận hành của màng 22

2.3.2 Giới thiệu về công nghệ sinh học màng MBR 23

2.3.2.1 Chế độ hoạt động của quá trình sinh học màng 23

2.3.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống MBR hiếu khí dạng đặt ngập 24

2.3.2.3 Hiện tượng bẩn màng trong MBR 25

2.3.2.4 Những ưu điểm của công nghệ MBR so với công nghệ truyền thống (CAS) 26

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 29

3.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU 29

3.1.1 Bùn hoạt tính sử dụng trong nghiên cứu 29

3.1.2 Đối tượng nghiên cứu 29

3.1.3 Màng MBR 29

3.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 30

3.3 MÔ HÌNH NGHIÊN CỨU 32

3.3.1 Cấu tạo mô hình nghiên cứu 32

3.3.2 Nguyên tắc hoạt động và vận hành mô hình 33

3.3.2.1 Nguyên tắc hoạt động của mô hình nghiên cứu 33

3.3.2.2 Vận hành mô hình nghiên cứu 34

3.4 LẤY MẪU VÀ PHÂN TÍCH 35

3.4.1 Lấy mẫu 35

3.4.2 Phương pháp phân tích 36

3.4.3 Phương pháp xử lý số liệu 37

3.4.3.1 Tính toán số liệu 38

3.4.3.2 Xử lý số liệu 40

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 41

4.1 KẾT QUẢ pH 41

4.2 KHẢ NĂNG XỬ LÝ ĐỘ MÀU 42

4.2.1 Kết quả xử lý độ màu chưa qua khử trùng bằng Clo 42

4.2.2 Kết quả xử lý độ màu qua khử trùng bằng Clo 43

4.3 KẾT QUẢ XỬ LÝ CÁC HỢP CHẤT HỮU CƠ 47

4.3.1 Kết quả xử lý COD 47

4.3.2 Kết quả đo BOD5 50

4.4 KẾT QUẢ XỬ LÝ TSS 51

4.5 TÍNH CHẤT CỦA BÙN 52

4.6 KHẢ NĂNG XỬ LÝ CÁC CHẤT DINH DƯỠNG 53

4.6.1 Kết quả nitơ 53

4.6.2 Kết quả phospho 54

4.7 SO SÁNH HIỆU SUẤT XỬ LÝ ĐỘ MÀU, COD CỦA MÔ HÌNH MBR VÀ MBBR 55

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59

5.1 KẾT LUẬN 59

5.2 KIẾN NGHỊ 59

TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 PHỤ LỤC

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tập trung KCN Tân Bình 14

Hình 2.2 Quy trình công nghệ xử lý nước thải đang áp dụng tại KCN Phước Đông – Bời Lời 15

Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ XLNT của nhà máy thuộc KCN Xuyên Á 20

Hình 2.4 Phân loại màng lọc 22

Hình 2.5 Lọc xuôi dòng (a) và lọc vuông góc (b) 23

Hình 2.6 Mô tả chế độ hoạt động MBR Màng đặt ngập (a) và màng đặt ngoài (b) 23

Hình 2.7 Cơ chế lọc qua màng MBR 24

Hình 2.8 So sánh bùn hoạt tính thông thường (CAS) và trong MBR 28

Hình 3.1 Module màng MF 30

Hình 3.2 Sơ đồ nội dung nghiên cứu mô hình 31

Hình 3.3 Mô hình nghiên cứu thực tế 32

Hình 3.4 Máy thổi khí 33

Hình 3.5 Sơ đồ nguyên tắc hoạt động của mô hình nghiên cứu 33

Hình 4.1 Biểu đồ biến thiên pH theo thời gian 41

Hình 4.2 Biểu đồ biến thiên độ màu chưa khử trùng bằng Clo theo thời gian 44

Hình 4.3 Biểu đồ biến thiên độ màu khử trùng bằng Clo theo thời gian 45

Hình 4.4 Biểu đồ biến thiên COD theo thời gian 49

Hình 4.5 Biểu đồ biến thiên BOD5 qua các tải trọng theo số lần lấy mẫu 50

Hình 4.6 Biểu đồ biến thiên TSS trong thời gian vận hành mô hình 51

Hình 4.7 Biểu đồ biến thiên nồng độ MLSS, MLVSS và tỷ lệ MLVSS/MLSS trong bể MBR 53

Hình 4.8 Biểu đồ biến thiên giá trị SVI trong bể MBR 55

Hình 4.9 Biểu đồ biến thiên giá trị nitơ 55

Hình 4.10 Biểu đồ biến thiên giá trị TP 55

Hình 4.11 Mô hình MBBR thực tế 55

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm 17

Bảng 2.2 Kết quả phân tích nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải 18

Bảng 2.3 Nồng độ các chất ô nhiểm trong nước thải 18

Bảng 2.4 Thành phần nước thải vào trạm xử lý và chất lượng nước thải đầu ra 19

Bảng 2.5 Những thuận lợi và bất lợi của màng đặt ngập và đặt màng ngoài 25

Bảng 2.6 So sánh bùn hoạt tính thông thường (CAS) và trong MBR 27

Bảng 3.1 Các thông số ô nhiễm của nước thải 29

Bảng 3.2 Các thông số kỹ thuật màng MF 30

Bảng 3.3 Kích thước của từng bể phản ứng 32

Bảng 3.4 Các thông số vận hành mô hình nghiên cứu 35

Bảng 3.5 Tần suất và vị trí lấy mẫu 35

Bảng 3.6 Các thông số và phương pháp phân tích 36

Bảng 4.1 Giá trị pH ở các tải trọng hữu cơ 41

Bảng 4.2 Giá trị độ màu ở các tải trọng hữu cơ 46

Bảng 4.3 Giá trị COD ở các tải trọng 48

Bảng 4.4 Giá trị BOD ở các tải trọng 50

Bảng 4.5 Thông số vận hành mô hình MBR và MBBR 56

Bảng 4.6 So sánh hiệu quả xử lý COD mô hình MBR và MBBR 56

Bảng 4.7 So sánh hiệu quả xử lý độ màu chưa qua khử trùng mô hình MBR và MBBR 57 Bảng 4.8 So sánh hiệu quả xử lý độ màu sau khi khử trùng mô hình MBR và MBBR 58

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

BOD Nhu cầu oxy sinh hóa (Biochemical Oxygen Demand)

BTNMT Bộ Tài Nguyên và Môi Trường

COD Nhu cầu oxy hóa học (Chemical Oxygen Demand)

MBR Màng sinh học (Membrane BioReactor)

MF Màng vi lọc (Microfiltration)

MFI Chỉ số nghẹt màng (Membrane Fouling Index)

MLSS Hàm lượng chất rắn lơ lửng (Mixed Liquid Suspended Solid)

MLVSS Hàm lượng chất rắn dễ bay hơi (Mixed Liquor Volatile

Supspended Solids) OLR Tải trọng hữu cơ (Orangic Loading Rate)

PAC Chất keo tụ (Poly Aluminium Chloride)

SVI Chỉ số bùn lắng (Sludge Volume Index)

TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam

TKN Tổng Nitơ (Total Kjeldahl Nitrogen)

TNMT Tài Nguyên Môi Trường

TP Thành phố

TP Tổng Phospho (Total Phosphorous)

TSS Tổng rắn lơ lửng (Turbidity Suspendid Solids)

USD Đồng Đô la Mỹ (United States dollar)

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ

Nước ta đang trong thời kỳ thực hiện quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa Vào ngày 11/01/2007, Việt Nam chính thức là thành viên của Tổ chức Thương mại Quốc tế

- WTO với mục tiêu thu hút các nguồn lực, vốn đầu tư nước ngoài vào Việt Nam Hướng

đi hiện nay là đầu tư phát triển các ngành công nghiệp mũi nhọn, các vùng kinh tế trọng điểm, mở rộng và phát triển các khu công nghiệp, khu chế xuất và khu công nghệ cao Quá trình đó được thực hiện theo định hướng phát triển bền vững phải hài hòa giữa phát triển và bảo vệ môi trường, bảo vệ các nguồn nước khỏi sự ô nhiễm do nước thải công nghiệp Tuy nhiên, vấn đề bảo vệ môi trường chưa được quan tâm đúng mức

Ở nhiều khu công nghiệp, nước thải chưa qua xử lý đổ trực tiếp xuống sông hồ, gây

ô nhiễm ở mức độ đáng báo động Nước thải khu công nghiệp không được xử lý triệt để

sẽ gây ảnh hưởng tới sức khỏe người dân và trên diện rộng sẽ ảnh hưởng chất lượng nguồn nước mà dân sử dụng

Việc xử lý nước thải công nghiệp tập trung còn gặp nhiều khó khăn do các công trình

hạ tầng kỹ thuật, nhất là lĩnh vực xử lý nước thải đòi hỏi đầu tư lớn nhưng lợi nhuận dịch vụ này mang lại thấp Nhiều nơi có nhà máy xử lý nước thải nhưng thực chất không hoạt động vì thiếu kinh phí hoặc có các cơ sở sản xuất xử lý nhưng không đấu nối vào

hệ thống xử lý nước thải tập trung Vì vậy, nhiều chỉ tiêu đều vượt tiêu chuẩn cho phép Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kết hợp màng lọc MBR đã chứng tỏ các ưu thế vượt trội như kích thước công trình nhỏ, hiệu quả xử lý cao, vận hành và quản lý dễ dàng Công nghệ MBR là một phương pháp đầy hứa hẹn cho xử lý nước thải bởi vì nó có khả năng xử lý nước thải đầu ra chất lượng cao đáp ứng được các quy định chất lượng nước ngày càng nghiêm ngặt Trong công nghệ MBR, bể lắng đợt

2 đã được thay thế bởi hệ thống màng vi lọc có thể đặt ngập trong bể phản ứng sinh học Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm rất cao nhờ việc duy trì lượng sinh khối lớn trong bể phản ứng sinh học

Gần đây, hầu hết các nghiên cứu về MBR được tập trung vào các hoạt động ổn định

và xử lý nước thải khác nhau như xử lý nước uống, nước thải ngành công nghiệp thực phẩm, nước thải ngành thuộc da, Kết quả thu được đã mở ra những hứa hẹn trong xử

lý nước thải ở Việt Nam tại thời điểm hiện tại cũng như trong tương lai gần

Tuy nhiên cho đến nay, ở nước ta việc nghiên cứu xử lý nước thải công nghiệp tập trung bằng phương pháp sinh học kết hợp lọc màng còn hạn chế do tính chất phức tạp

và rất khó xử lý của nước thải công nghiệp tập trung

Đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải từ trạm xử lý nước thải công nghiệp tập trung

bằng công nghệ sinh học màng MBR (Membrane Bioreactor)” nghiên cứu thành công

sẽ góp thêm tài liệu tham khảo và ứng dụng thực tế đối với quy trình xử lý nước thải nói chung và đối với nước thải công nghiệp tập trung nói riêng, đồng thời đưa ra hướng ứng dụng công nghệ mới góp phần vào công tác bảo vệ môi trường trong giai đoạn hiện nay

1.2 MỤC TIÊU VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

1.2.1 Mục tiêu nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả xử lý nước thải từ trạm xử lý nước thải công nghiệp tập trung bằng công nghệ MBR với các tải trọng chất ô nhiễm khác nhau: 0,5; 0,7; 0,9; 1,1; 1,3 kgCOD/m3.ngày

1.2.2 Nội dung nghiên cứu

 Tìm hiểu tổng quan về nước thải công nghiệp tập trung; về KCN Xuyên Á và nhà máy XLNT;

 Tìm hiểu tổng quan về công nghệ sinh học màng MBR;

 Thiết kế và lắp đặt mô hình MBR quy mô phòng thí nghiệm xử lý nước thải công nghiệp tập trung;

 Nghiên cứu quá trình thích nghi của vi sinh ở tải thích nghi: 0,5 kgCOD/m3.ngày;

 Nghiên cứu khả năng xử lý độ màu, pH, BOD5, COD, TSS, tổng nitơ, tổng phospho, SVI, MLSS, MLVSS ở các tải trọng: 0,7; 0,9; 1,1 và 1,3 kgCOD/m3.ngày;

 Phân tích và đánh giá kết quả thí nghiệm để đánh giá hiệu suất của công nghệ MBR trong xử lý nước thải công nghiệp tập trung

Phương pháp thực nghiệm: vận hành mô hình MBR quy mô phòng thí nghiệm ở tải trọng thích nghi: 0,5 và các tải trọng 0,7; 0,9; 1,1; 1,3 kgCOD/m3.ngày

Phương pháp phân tích mẫu

 Phân tích các chỉ tiêu đánh giá nước thải: độ màu, pH, BOD5, COD, TSS, tổng nitơ, tổng phospho

 Phân tích các chỉ tiêu đánh giá bùn: MLSS, MLVSS, SVI

Phương pháp xử lý số liệu: Phương pháp phân tích, xử lý, tổng hợp số liệu Từ số liệu thực nghiệm, tính toán hiệu quả xử lý, tính trung bình, độ lệch chuẩn và vẽ đồ thị so sánh hiệu quả xử lý dựa trên phần mềm excel

1.3 PHẠM VI VÀ GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Thí nghiệm được tiến hành trên quy mô phòng thí nghiệm tại Phòng thí nghiệm của khoa Môi trường – Đại học Tài Nguyên và Môi Trường TP Hồ Chí Minh với nước thải thực được lấy sau bể lắng 1 tại nhà máy xử lý nước thải thuộc KCN Xuyên Á (địa chỉ: Tỉnh lộ 824, ấp Tràm Lạc, xã Mỹ Hạnh Bắc, huyện Đức Hòa, tỉnh Long An)

Đánh giá khả năng xử lý của hệ thống MBR qua 5 tải trọng là 0,5; 0,7; 0,9; 1,1 và 1,3 kgCOD/m3.ngày

Mô hình được vận hành trong điều kiện bình thường: nhiệt độ ngoài trời

Đề tài nghiên cứu được thực hiện từ tháng 9 đến tháng 12 năm 2017

1.4 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU

Trong đồ án, mô hình nghiên cứu được thiết kế theo hệ thống đặt ngập và sử dụng 01

bể sinh học màng MBR với màng MF có kích thước 0,4 μm, 01 bể chứa nước thải đầu vào và 01 bể chứa nước sau xử lý

Đối tượng nghiên cứu là nước thải công nghiệp tập trung sau bể lắng 1 với COD nước thải vào mô hình khoảng 200 - 300 mg/l

Nước đầu vào cần bổ sung K2HPO4, với nồng độ thích hợp đảm bảo vi sinh vật thích nghi và phát triển tốt nhưng phải đảm bảo tỷ lệ COD: N: P = 150: 5: 1

1.5 Ý NGHĨA VÀ TÍNH MỚI CỦA ĐỀ TÀI

1.5.1 Ý nghĩa khoa học

Về mặt khoa học, đề tài “Nghiên cứu xử lý nước thải từ trạm xử lý nước thải công nghiệp tập trung bằng công nghệ sinh học màng MBR (Membrane Bioreactor)” sẽ là

nghiên cứu quan trọng trong việc xử lý nước thải công nghiệp tập trung nói riêng và xử

lý nước thải nói chung tại Việt Nam

Kết quả nghiên cứu của đề tài là cơ sở khoa học đáng tin cậy và có ý nghĩa thực tế khi triển khai áp dụng công nghệ màng sinh học MBR, sẽ giúp chúng ta có nền tảng đề xuất công nghệ hợp lý trong xử lý nước thải công nghiệp tập trung và đồng thời có giá trị tham khảo cho các nghiên cứu tiếp theo

1.5.2 Tính mới của đề tài

Công nghệ MBR là công nghệ xử lý vi sinh nước thải bằng phương pháp lọc màng Đây là công nghệ đã được các chuyên gia trong nước, nước ngoài nghiên cứu và ứng dụng vào công nghệ xử lý nước thải

Công nghệ MBR là công nghệ mới, là công nghệ tiên tiến được nhiều quốc gia phát triển áp dụng trong việc xử lý các dạng nước thải Công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học kết hợp màng vi lọc (MBR) đã chứng tỏ các ưu thế vượt trội như kích thước công trình nhỏ, hiệu quả xử lý cao, vận hành và quản lý dễ dàng

Công nghệ MBR hiếu khí dạng đặt ngập sử dụng các module màng lọc đặt chìm trong

bể xử lý sinh học được sử dụng phổ biến hơn Khi công nghệ MBR lần đầu tiên xuất hiện, một trong những ưu điểm chính là quy trình đơn giản bằng cách ngâm màng trong

bể sinh học để thay thế cho bể lắng thông thường Khí được bơm ở dưới các module màng để làm sạch các tấm màng và ngăn ngừa đáng kể quá trình tắc nghẽn của màng lọc Hoạt động của màng như một rào cản để loại bỏ hoàn toàn trong quá trình xử lý nước thải thông thường

Do đó, kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần xác định khả năng, hiệu quả xử lý ứng dụng công nghệ màng sinh học hiếu khí (MBR)

Đồng thời, đề tài mở ra một hướng đi cụ thể cho việc xử lý nước thải dựa trên tiêu chí công nghệ xử lý đơn giản, nhỏ gọn, dễ vận hành, phù hợp với điều kiện ở Việt Nam Đây là một đề tài hoàn toàn mới và có tính thực tiễn rất cao

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1 TỔNG QUAN VỀ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP

2.1.1 Tổng quan về nước thải từ trạm xử lý nước thải công nghiệp tập trung

Trong môi trường kinh doanh sản xuất, các doanh nghiệp luôn chú trọng đến dây chuyền thực hiện và quy trình vận hành của nhà máy Bên cạnh việc sản xuất hàng hóa, các nhà máy cũng thải ra một lượng lớn chất thải ra môi trường Để bảo vệ môi trường

và điều kiện sống cho cư dân xung quanh khu vực sản xuất thì xử lý nước thải công nghiệp là công việc cần thiết và mang tính bắt buộc đối với các doanh nghiệp Các cơ quan Nhà nước cũng có những quy định riêng cho việc xử lý nước thải công nghiệp để đảm bảo môi trường xung quanh không bị tác động bởi các yếu tố tiêu cực

Xử lý nước thải công nghiệp là một trong những nhiệm vụ cơ bản và quan trọng trong công tác bảo vệ môi trường góp phần giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước ngầm, nước mặt Nguồn nước luôn phải được đảm bảo sạch để phục vụ cho nhu cầu của lượng lớn dân

cư trong sinh hoạt hàng ngày

Với tính chất và thành phần phức tạp, nước thải công nghiệp chứa nhiều thành phần

nguy hại như các hợp chất hữu cơ, kim loại nặng,

Trong công nghiệp, nước được dùng như một nguyên liệu thô phục vụ sản xuất và mục đích lành mạnh Nước thải từ các ngành công nghiệp khác nhau sẽ có lưu lượng và

tính chất khác nhau, là do các nguyên nhân:

 Các nguyên liệu cơ bản dùng để sản xuất giữa các ngành không giống nhau dẫn

đến việc sử dụng nước trong quá trình chế biến khác nhau;

 Quy trình, công nghệ sản xuất;

 Quy mô sản xuất;

 Sự khác nhau về thời gian hoạt động, quá trình vận hành, phạm vi sản phẩm

2.1.2 Tính chất nước thải công nghiệp

Nước thải công nghiệp là nước thải phát sinh từ quá trình công nghệ của cơ sở sản xuất, dịch vụ công nghiệp, từ nhà máy xử lý nước thải tập trung có đấu nối nước thải của cơ sở công nghiệp

Nước thải bị ô nhiễm bởi các chất khác nhau Theo WHO, các chất ô nhiễm hóa học nước được phân loại như sau:

 Chất hữu cơ không bền sinh học;

 Các muối vô cơ ít độc;

Trong nước thải, mùi xuất hiện do các khí sinh ra trong quá trình phân hủy các hợp chất hữu cơ hay do một số chất được đưa thêm vào

Nhiệt độ của nước thải thường cao hơn so với nguồn nước sạch ban đầu, do có sự gia nhiệt vào nước từ các dụng cụ và máy móc sản xuất

Lưu lượng là thể tích thực của nước thải, có đơn vị m3/ngày đêm Lưu lượng nước thải phụ thuộc vào: loại hình, công nghệ sản xuất, loại và thành phần nguyên vật liệu, công suất nhà máy,… Công nghệ sản xuất ảnh hưởng lớn đến lượng nước tiêu thụ, lượng nước thải tạo thành, chế độ xả thải và thành phần tính chất nước thải Áp dụng công nghệ tiên tiến và trang thiết bị càng hiện đại, lượng nước sử dụng sẽ giảm đi rất nhiều

2.1.2.2 Tính chất hóa học

Tính chất hóa học của nước thải được thể hiện qua các một số thông số đặc trưng như

độ kiềm, nhu cầu oxy sinh hóa, nhu cầu oxy hóa học, các chất khí hòa tan, các hợp chất nitơ,…

2.1.2.3 Đặc điểm sinh vật, vi sinh vật và độc tính sinh thái

Tế bào vi sinh vật hình thành từ chất hữu cơ, nên tập hợp vi sinh có thể coi là một phần của tổng hợp chất hữu cơ trong nước thải Phần này sống, hoạt động, tăng trưởng

để phân hủy phần hữu cơ còn lại của nước thải

Vi sinh trong nước thải thường được phân biệt theo hình dạng Vi sinh xử lý nước thải có thể chia thành 3 nhóm: vi khuẩn, nấm, động vật nguyên sinh

Các chất và hữu cơ có độc tính cao thường là các chất bền vững, khó bị vi sinh phân hủy Một số có tác dụng tích lũy và tồn lưu lâu dài trong môi trường và trong cơ thể thủy sinh vật nên gây ô nhiễm lâu dài, đồng thời tác hại đến hệ sinh thái nước, đó là chất

policlophenol (PCP), policlobiphenyl (PCB), các hydrocacbon đa vòng ngưng tụ, hợp chất dị vòng N hoặc O Các chất này thường có trong nước thải công nghiệp và nguồn nước các vùng nông, lâm nghiệp sử dụng nhiều thuốc trừ sâu, thuốc kích thích sinh

trưởng, diệt cỏ…

2.1.3 Đặc tính nước thải công nghiệp

Nước thải của KCN gồm hai loại chính: nước thải sinh hoạt từ các khu văn phòng và nước thải sản xuất từ các nhà máy sản xuất trong KCN

Đặc tính nước thải sinh hoạt thường là ổn định so với nước thải sản xuất Nước thải sinh hoạt ô nhiễm chủ yếu bởi các thông số BOD5, COD, SS, tổng nitơ, tổng phospho, dầu mỡ – chất béo Trong khi đó các thông số ô nhiễm nước thải công nghiệp chỉ xác định được ở từng loại hình và công nghệ sản xuất cụ thể Nếu không xử lý cục bộ mà chảy chung vào đường cống thoát nước, các loại nước thải này sẽ gây ra hư hỏng đường ống, cống thoát nước Vì vậy, yêu cầu chung đối với các nhà máy, xí nghiệp trong các KCN cần phải xây dựng hệ thống xử lý nước thải để xử lý sơ bộ trước khi xả nước thải vào hệ thống xử lý nước thải tập trung của KCN

Nguồn nước thải phát sinh từ hoạt động sản xuất và sinh hoạt của các đơn vị trong KCN chảy về hệ thống xử lý đạt quy chuẩn về môi trường trước khi thải ra môi trường bao gồm:

 Nước thải sản xuất từ các nhà máy;

 Nước thải sinh hoạt từ các nhà máy;

 Nước thải là nước mưa chảy tràn;

 Nước thải từ công tác chữa cháy, rửa thiết bị, vệ sinh nhà xưởng

Đặc điểm dễ nhận dạng của nước thải công nghiệp là thành phần gây ô nhiễm chính trong dòng thải: vô cơ hay hữu cơ, hòa tan hay không hòa tan Thành phần vô cơ hay hữu cơ đòi hỏi các kỹ thuật xử lý khác nhau: các tạp chất vô cơ thường áp dụng các biện pháp hóa học, hóa lý (kết tủa, keo tụ, lắng, hấp phụ, trao đổi ion, lọc màng, ) để xử lý, trong khi phương pháp vi sinh là kỹ thuật chủ đạo để xử lý các thành phần hữu cơ Tuy nhiên, việc phân loại như trên chỉ mang tính chất tương đối, có rất nhiều kỹ thuật xử lý

áp dụng đồng thời nhiều phương pháp để tăng hiệu quả xử lý, để phù hợp với đối tượng

xử lý và mục tiêu cần đạt

2.1.4 Thông số đặc trưng của nước thải khu công nghiệp

2.1.4.1 Các thông số vật lý

Hàm lượng chất rắn lơ lửng

Các chất rắn lơ lửng trong nước có thể có bản chất là:

Các chất vô cơ không tan ở dạng huyền phù;

Các chất hữu cơ không tan;

Các vi sinh vật (vi khuẩn, tảo, vi nấm, động vật nguyên sinh, )

Sự có mặt của các chất rắn lơ lửng cản trở hay tiêu tốn thêm nhiều hóa chất trong quá

trình xử lý

Tổng hàm lượng các chất lơ lửng (SS): Các chất rắn lơ lửng (các chất huyền phù) là những chất rắn không tan trong nước Hàm lượng các chất lơ lửng là lượng khô của phần chất rắn còn lại trên giấy lọc sợi thủy tinh khi lọc 1 lít nước mẫu qua phễu lọc rồi sấy khô ở 105oC cho tới khi khối lượng không đổi Đơn vị tính là mg/l

Hàm lượng các chất rắn lơ lửng dễ bay hơi VSS là lượng mất đi khi nung lượng chất rắn huyền phù (SS) ở 550oC cho đến khi khối lượng không đổi (thường được qui định trong một khoảng thời gian nhất định)

Mùi

Hợp chất gây mùi đặc trưng nhất là H2S (mùi trứng thối) Các hợp chất khác, như indol, skatol, được tạo thành dưới điều kiện yếm khí có thể gây ra những mùi khó chịu hơn cả H2S

Độ màu

Màu của nước thải là do các chất thải sinh hoạt, công nghiệp, thuốc nhuộm hoặc do các sản phẩm được tạo ra từ quá trình phân hủy các chất hữu cơ Đơn vị đo độ màu

thông dụng là Pt – Co

Độ màu là một thông số thường mang tính chất cảm quan, có thể được sử dụng để

đánh giá trạng thái chung của nước thải

2.1.4.2 Các thông số hóa học

Độ pH của nước

pH của nước thải có một ý nghĩa quan trọng trong quá trình xử lý

Nước thải công nghiệp có pH rất khác nhau phụ thuộc từng loại công nghiệp

Các xí nghiệp sản xuất có thể thải ra nước thải có tính acid hoặc kiềm rất cao chẳng những làm cho nguồn nước không còn hữu dụng đối với các hoạt động giải trí mà còn làm ảnh hưởng đến hệ thủy sinh vật

Nguồn nước lân cận một số xí nghiệp có thể có pH thấp đến 2 hoặc cao đến 11; trong khi cá chỉ có thể tồn tại trong môi trường có 4,5 < pH < 9,5 Hàm lượng NaOH cao

thường phát hiện trong nước thải ở các xí nghiệp sản xuất bột giặt, thuộc da, nhuộm vải sợi… NaOH ở nồng độ 25 ppm đã có thể làm chết cá

COD

Chỉ tiêu COD được dùng để xác định hàm lượng chất hữu cơ có trong nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp COD là lượng oxy cần thiết để oxy hóa chất hữu cơ thành

CO2 và H2O dưới tác dụng của các chất oxy hóa mạnh

Khi phân tích COD, các chất hữu cơ sẽ chuyển thành CO2 và H2O, ví dụ cả glucose

và lignin đều bị oxy hóa hoàn toàn Do đó, giá trị COD lớn hơn BOD và có thể COD rất lớn hơn nhiều so với BOD khi mẫu chứa đa phần những chất khó phân hủy sinh học, ví

dụ nước thải giấy có COD >> BOD do hàm lượng lignin cao

Trong nhiều trường hợp, COD được dùng để đánh giá mức độ ô nhiễm chất hữu cơ thay cho BOD

BOD

Nhu cầu oxy sinh hóa là lượng oxy cần thiết để vi sinh vật oxy hóa các chất hữu cơ trong một khoảng thời gian xác định và được ký hiệu bằng BOD được tính bằng mg/l Chỉ tiêu BOD phản ánh mức độ ô nhiễm hữu cơ của nước thải BOD càng lớn thì nước thải (hoặc nước nguồn) bị ô nhiễm càng cao và ngược lại

BOD có ý nghĩa biểu thị lượng các chất thải hữu cơ trong nước có thể bị phân huỷ bằng các vi sinh vật

Để chuẩn hóa các số liệu người ta thường báo cáo kết quả dưới dạng BOD5 Ngày nay việc đo BOD được thực hiện bằng phương pháp chai đo BOD Oxitop: Đặt chai trong tủ 20oC trong 5 ngày, BOD được đo tự động khi nhiệt độ đạt đến 20oC Giá trị

BOD được ghi tự động sau mỗi 24h

Các hợp chất chứa nitơ ở dạng hòa tan bao gồm cả nitơ hữu cơ và vô cơ

Trong các loại nước thải phospho hiện diện chủ yếu các dạng phosphate Các hợp

chất phosphate được chia thành phosphate vô cơ và hữu cơ

2.1.5 Tổng quan về các phương pháp xử lý nước thải KCN

Do đặc tính nước thải công nghiệp tập trung KCN chứa lượng chất hữu cơ lớn, tỷ số COD/BOD dao động khoảng 0,5 – 0,7 nên biện pháp xử lý thường được áp dụng là các công trình xử lý sinh học

Trong nước thải còn chứa lượng cặn khá lớn, có đặc tính cơ học tương đối bền, do đó cần được xử lý cơ học để loại bỏ cặn này

Nước thải sau khu xử lý sinh học nếu trường hợp vẫn còn nồng độ các chất ô nhiễm cao, đặc biệt là độ màu, với chỉ tiêu đạt loại A độ màu phải ≤ 20 Pt – Co rất khó xử lý

Do đó cần có giai đoạn xử lý oxy hóa bậc cao

2.1.5.1 Phương pháp cơ học

Song chắn rác và lưới lọc

Đây là bước xử lý sơ bộ Mục đích của quá trình này loại bỏ tất cả các tạp chất có thể gây sự cố trong quá trình vận hành hệ thống xử lý nước thải như là tắc bơm, đường ống hoặc kênh dẫn Đây là bước quan trọng đảm bảo an toàn và điều kiện làm việc thuận lợi cho cả hệ thống

SCR và lưới chắn rác thường đặt vuông góc hoặc đặt nghiêng 60 ÷ 750 so với dòng chảy Các SCR được làm bằng kim loại, đặt ở cửa vào của kênh dẫn, thanh SCR có thể

có tiết diện tròn, vuông hoặc hỗn hợp, thông thường thanh hỗn hợp được sử dụng thông dụng hơn, cạnh vuông góc ở phía sau và cạnh tròn ở phía trước hướng đối diện với dòng chảy

Bể điều hòa

Bể điều hòa thường được đặt ở vị trí trước bể lắng và sau SCR, được dùng để duy trì

sự ổn định của dòng thải vào gần như không đổi, khắc phục những vấn đề vận hành do

sự dao động của lưu lượng dòng nước thải gây ra và nâng cao hiệu suất của các quá trình

ở cuối dây chuyền xử lý; giảm bớt sự tác động của các chất bẩn trong nước thải; tiết kiệm hóa chất để khử trùng nước thải; giảm và ngăn cản các chất độc hại đi vào các công trình xử lý sinh học tiếp theo

Bể tách dầu mỡ

Bể tách dầu mỡ được sử dụng để vớt bọt giúp loại bỏ dầu, mỡ và các chất hoạt động

bề mặt gây cản trở cho quá trình oxy hóa và khử màu,…

Bể lắng

Nhiệm vụ làm sạch sơ bộ trước khi đưa nước vào bể lọc để hoàn thành quá trình làm trong nước Phân loại: bể lắng ngang, bể lắng đứng, bể lắng lớp mỏng và bể lắng Radian (bể lắng li tâm, bể lắng hướng tâm)

Bể lắng đợt 1: nhiệm vụ loại bỏ cặn lắng lơ lửng để đảm bảo hàm lượng chất rắn lơ

lưởng trước khi vào bể aeroten (hoặc các bể hiếu khí) phải nhỏ hơn 150 mg/l Thời gian

lắng không dưới 1,5 giờ Lắng chất lơ lửng còn trong nước và cô đặc bùn hoạt tính đến

nồng độ nhất định ở phần cuối của bể để bơm Cũng như cần xử lý ở mức độ cao có thể

ứng dụng các bể lọc, lọc cát,…

Bể lắng đợt 2: nhiệm vụ lắng các bông cặn có khả năng liên kết và có nồng độ lớn

trên 1000mg/l Tốc độ lắng của bể phụ thuộc vào nồng độ cặn Thời gian lắng và tải trọng bùn trên một đơn vị diện tích bề mặt là những thông số quyết định Đó là những

thông số và đặc tính của bùn hoạt tính ở bể aeroten dùng để thiết kế bể lắng đợt 2

2.1.5.2 Phương pháp hóa – lý

Keo tụ, tạo bông

Quá trình lắng chỉ có thể tách được các hạt rắn lơ lững nhưng không thể tách được các chất gây nhiễm bẩn ở dạng keo và hòa tan vì chúng là những hạt rắn có kích thước quá nhỏ Để tách các hạt rắn đó một cách hiệu quả bằng phương pháp lắng cần tăng kích thước của

Khử các hạt keo rắn bằng trọng lượng cần theo 2 bước: trung hòa điện tích của chúng

và liên kết chúng lại với nhau

Tuyển nổi

Phương pháp tuyển nổi đựa trên nguyên tắc: các phần tử phân tán trong nước có khả năng tự lắng kém, nhưng có khả năng kết dính vào các bọt khí nổi lên trên bề mặt nước, sau đó người ta tách các bọt khí cùng các phân tử dính ra khỏi nước

Quá trình này được thực hiện nhờ thổi không khí thành bọt nhỏ vào trong nước thải: các bọt khí dính các hạt lơ lửng lắng kém và nổi lên mặt nước Tuyển nổi bọt nhằm tách các chất lơ lửng không tan và một số chất keo hoặc hoà tan ra khỏi nước, kỹ thuật này

có thể dùng cho xử lý nước thải đô thị và nhiều lĩnh vực như chế biến dầu béo, thuộc

da, dệt, chế biến thịt,…

2.1.5.3 Phương pháp sinh học

Bản chất của phương pháp xử lý nước thải bằng công nghệ sinh học là phân hủy các chất ô nhiễm hữu cơ có trong nước thải bằng các vi sinh vật có lợi Đây là phương pháp đặc biệt hiệu quả trong việc ứng dụng để xử lý các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải, và một số chất vô cơ gây ô nhiễm khác như: H2S, Sunfit, Ammonia, Nitơ,… Phương pháp xử lý sinh học có thể chia ra làm hai loại: xử lý hiếu khí và xử lý yếm khí trên cơ sở có oxy hòa tan và không có oxy hòa tan

Xử lý sinh học trong điều kiện hiếu khí

Quá trình hiếu khí dựa trên nguyên tắc là vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu

cơ trong điều kiện có oxy hòa tan

CHC + O2 + vi khuẩn  CO2 + NH3 + C5H7NO2 + các sản phẩm khác

Ngoài việc phân hủy các chất hữu cơ để tạo ra tế bào mới, vi sinh vật còn thực hiện quá trình hô hấp nội sinh để tạo ra năng lượng

C5H7NO2 + O2 + vi khuẩn  CO2 + H2O + NH3 + năng lượng

Các vi khuẩn trên còn gọi là bùn hoạt tính và chúng tự sinh ra khi thổi khí vào nước thải Về khối lượng, bùn hoạt tính được tính bằng khối lượng chất bay hơi có trong tổng hàm lượng bùn (cặn khô), đôi khi còn gọi là sinh khối

Quá trình sinh trưởng lơ lững hiếu khí: Đây là quá trình vi sinh vật phát triển và tăng trưởng trong các bông cặn bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lững trong nước ở các bể xử lý sinh học Cần phải được làm thoáng để cung cấp đầy đủ oxy cho vi sinh vật tiến hành phân giải chất hữu cơ và phát triển

Quá trình sinh trưởng bám dính hiếu khí: Là quá trình xử lý sinh học trong đó quần thể vi sinh vật hoạt động để chuyển hóa các chất hữu cơ và các thành phần khác trong nước thải thành khí còn vỏ tế bào được dính bám vào một vài giá thể dạng tấm hay hạt

có tính trơ Trong dòng nước thải có những vật rắn làm giá đỡ, các vi sinh vật sẽ dính trên bề mặt Trong số các vi sinh vật có những loài sinh ra các polysacarit có tính dính như là các chất dẻo (polyme sinh học) tạo thành màng Màng này sẽ dày lên theo thời gian và đây chính là sinh khối vi sinh vật bám dính, có khả năng oxy hóa các chất hữu

cơ có trong nước thải khi chảy qua hoặc tiếp xúc, hấp phụ các chất bẩn lơ lửng có trong nước thải hoặc giun sán…

Xử lý sinh học trong điều kiện kỵ khí

Phân hủy kỵ khí là quá trình phân hủy các chất hữu cơ thành chất khí CH4 và CO2

trong điều kiện không có oxy

CHO)nNS  CO2 + H2O + CH4 + NH4 + H2 + H2S + tế bào vi sinh vật + …

Tương tự như quá trình tăng trưởng bám dính hiếu khí Các vi sinh vật được dính bám vào giá thể dạng tấm hay hạt có tính trơ Nước thải cũng được dẫn từ dưới đáy bể lên, xuyên qua lớp vật liệu lọc Hai quá trình phổ biến của phương pháp này là lọc kỵ khí và lọc với lớp vật liệu trương nở Được dùng để xử lý nước thải chứa các chất cacbon hữu cơ, nitrat

Ngoài ra, ta cũng có thể phối hợp cả hai quá trình: kỵ khí lơ lững và kỵ khí bám dính vào cùng một công trình nhằm tăng cường khả năng xử lý

Phương pháp xử lý kỵ khí thường sử dụng để xử lý sơ bộ nước thải có độ ô nhiễm hữu cơ cao (COD > 1 – 3 g/l) trước khi sử dụng phương pháp hiếu khí Điều này giúp tiết kiệm được lượng oxy cần thiết phải cung cấp cho vi sinh vật hiếu khí nên giảm được chi phí điện năng đối với thiết bị cấp khí

Khử trùng nước thải là giai đoạn cuối cùng của công nghệ xử lý nước thải nhằm loại

bỏ vi trùng và virus gây bệnh chứa trong nước thải trước khi xả vào nguồn nước

2.1.6 Một số quy trình công nghê xử lý nước thải tập trung

Hiện tại, có rất nhiều công nghệ khác nhau được áp dụng để xử lý nước thải công

nghiệp tập trung đạt tiêu chuẩn trước khi xả thải ra nguồn tiếp nhận ở Việt Nam Dưới đây là một số dây chuyền công nghệ xử lý đã được áp dụng tại trên thực tế

2.1.6.1 Khu công nghiệp Tân Bình

Hình 2.1 Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải tập trung KCN Tân Bình

Nước thải vào

Song chắn rác Thùng chứa Công ty thu gom rác

Bể gom

2.1.6.2 Khu công nghiệp Phước Đông – Bời Lời

Hình 2.2 Quy trình công nghệ xử lý nước thải đang áp dụng tại KCN Phước

Đông – Bời Lời

Chú thích:

Nước thải đi vào Nước, bùn, cặn tuần hoàn hoặc chuyển đến nơi

Bể tách dầu mỡ

Bể tách cát

Bể điều hòa

Bể độc tố cao

Bể khử trùng

Bể nước đầu ra

Hồ sinh thái Suối

Tuần hoàn bùn

Rác

Thuê đơn vị

có chức năng mang đi xử lý

Tuần hoàn nước

Máy

ép bùn

2.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ KCN XUYÊN Á VÀ NHÀ MÁY XLNT

2.2.1 Giới thiệu chung về KCN Xuyên Á

2.2.1.1 Vị trí địa lý

KCN Xuyến Á thuộc tỉnh Long An, Long An nằm cận kề với Thành phố Hồ Chí Minh, có vị trí địa lý khá đặc biệt là tuy nằm ở vùng Đồng Bằng Sông Cửu Long song lại thuộc vùng phát triển kinh tế trọng điểm phía Nam, được xác định là vùng kinh tế động lực có vai trò đặc biệt quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế Việt Nam Ngoài ra, Long An còn được hưởng nguồn nước của hai hệ thống sông Mê Kông và Đồng Nai

Địa chỉ: Đường tỉnh 824, xã Mỹ Hạnh Bắc, huyện Đức Hoà, Long An

KCN Xuyên Á do công ty TNHH Ngọc Phong làm chủ đầu tư được Bộ Tài nguyên

và Môi trường phê duyệt Báo cáo đánh giá tác động môi trường từ năm 2004

Phía Đông giáp kênh ranh TP Hồ Chí Minh và tỉnh Long An

Phía Tây tiếp giáp kênh thủy lợi

Phía Bắc giáp kênh ranh TP Hồ Chí Minh và tỉnh Long An

Phía Nam giáp đường tỉnh 824

KCN Xuyên Á là KCN đầu tiên của cả nước về xây dựng nhà máy xử lý nước thải Mối quan tâm hàng đầu của Xuyên Á là kinh doanh gắn với bảo vệ môi trường bởi công nghiệp luôn ảnh hưởng lớn đối với môi trường Nhận thức được điều đó ngay từ khi triển khai dự án KCN Xuyên Á đã và đang đầu tư hàng chục triệu USD để đầu tư nhà máy xử lý nước thải với công suất 43000 m3/ngày.đêm, sử dụng công nghệ tiên tiến của Singapore và Châu Âu, đảm bảo một KCN không có ô nhiễm

Có hệ thống xử lý nước thải hiện đại nhất với thiết bị và kỹ thuật tiên tiến của Singapore, dùng để xử lý ô nhiễm nặng trong môi trường: dệt nhuộm, sản xuất bột ngọt,

mì ăn liền, hóa chất

2.2.1.2 Một số ngành điển hình trong KCN

Các ngành được đầu tư trong KCN Xuyên Á:

 Chế biến thực phẩm, sản xuất nước giải khát, xi mạ, gia công cơ khí, đúc, nhựa, sơn, hóa chất, may mặc, bao bì…

 Hiện có 69 doanh nghiệp đang hoạt động trong KCN: Công ty TNHH Eldo Vina; Công ty TNHH bao bì giấy Việt Trung, Công ty TNHH may Long Vĩ; Công ty Dệt nhuộm Hưng Phát Đạt

 Dệt nhuộm; Thuốc bảo vệ thực vật

Ngành công nghiệp dệt nhuộm

Do đặc thù của ngành dệt nhuộm, nước thải sản xuất sinh ra từ khâu hồ sợi, giũ hồ, nấu vải, tẩy trắng, nhuộm và hoàn tất vải Trong đó lượng nước thải chủ yếu do quá trình giặt sau mỗi công đoạn Thành phần và lưu lượng nước thải từng công đoạn khác nhau:

- Hồ sợi: nước thải chứa hồ tinh bột, tinh bột biến tính, PVA,…;

- Giũ hồ: nước thải chứa hồ tinh bột và các chất hoạt động bề mặt;

- Nấu vải: nước thải có nhiệt độ cao và chứa hồ tinh bột, các tạp chất thiên nhiên như xơ sợi, dầu mỡ, dung dịch kiềm;

- Tẩy trắng: chứa các chất tẩy trắng như NaOCl, H2O2, NaOH;

- Nhuộm và hoàn thiện vải: nước thải chứa các loại thuốc nhuộm phân tán, hoạt tính và các chất trợ nhuộm Phần thuốc nhuộm dư không gắn vào vải đi vào nước thải phụ thuộc vào công nghệ nhuộm, loại vải cần nhuộm, loại thuốc nhuộm và màu yêu cầu…

Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm ở các công đoạn tham khảo trong báo cáo đề tài “Nghiên cứu giải pháp đảm bảo môi trường tại các khu đô thị và khu công nghiệp trọng điểm ở Tp HCM và các tỉnh lân cận” được trình bày trong bảng sau:

Bảng 2.1 Nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải dệt nhuộm

khâu giặt tẩy

Dòng thải từ khâu nhuộm hoàn tất

Nước thải chung

Nguồn: Nghiên cứu giải pháp đảm bảo môi trường tại các khu đô thị và khu công

nghiệp trọng điểm ở Tp HCM và các tỉnh lân cận

Ngành công nghệ hóa học

Các nhà máy, xí nghiệp được xếp vào ngành này là các xí nghiệp sản xuất bột giặt, thuốc tẩy, gia công hóa chất, xi mạ… Nhìn chung thì mức độ ô nhiễm còn tùy thuộc vào nhiều yếu tố

Bảng 2.2 Kết quả phân tích nồng độ các chất ô nhiễm trong nước thải

Nguồn: Assessment og Soures o Air, Water and Land Pollution, WHO 1993

Ngành công nghiệp chế biến thực phẩm

Bảng 2.3 Nồng độ các chất ô nhiểm trong nước thải Ngành công

Lưu lượng (m 3 /tấn sp)

Rau quả đóng

hộp 3,7 – 8,1 1500 – 2200 1100 – 1800 34 – 50 50 – 60 Chế biến thủy

sản 5,3 – 7,3 1600 – 2300 1200 – 1800 50 – 120 70 – 120

Mì ăn liền 3,9 – 9,5 1500 – 2000 650 – 1000 40 –

2444 20 – 30 Chế biến thịt 6,5 – 7,2 1500 – 2000 1100 – 1600 150 –

200 20 – 50

Sữa 5,3 – 6,1 1225 – 3000 840 – 2600 <150 10 – 12 Nguồn: Assessment og Soures o Air, Water and Land Pollution, WHO 1993

2.2.2 Nhà máy XLNT công nghiệp tập trung

Hệ thống xử lý nước thải tập trung công suất 3600 m3/ngày.đêm

Bảng 2.4 Thành phần nước thải vào trạm xử lý và chất lượng nước thải đầu ra

Nguồn: Công ty TNHH XLCTCN & TV Môi Trường Văn Lang

Hệ thống thoát nước thải riêng biệt tập trung đến trạm xử lý nước thải theo tiêu chuẩn

Hình 2.3 Sơ đồ công nghệ XLNT của nhà máy thuộc KCN Xuyên Á

P – 01 A/B/C

Bùn dư Bùn dư

Bể nén bùn T10

P – 03 A/B

P – 06 A/B Tuần hoàn bùn

2.3 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ SINH HỌC MÀNG MBR

2.3.1.1 Khái niệm màng

MBR là viết tắt cụm từ Membrane BioReactor (bể lọc sinh học bằng màng) được hiểu

là bể phản ứng hoặc thiết bị sinh học XLNT trong đó áp dụng kỹ thuật bùn hoạt tính phân tán có kết hợp với màng lọc tách vi sinh tạo thành quá trình xử lý liên hợp

2.3.1.2 Phân loại màng

Dựa vào hình dạng và cấu tạo màng được phận loại thành: màng cấu tạo hình ống (Tubalar membrane), màng sợi rỗng (Hollow fiber membrane), màng dạng tấm cuộn tròn (Spiral wound membrane), màng dạng khung (Plate & frame membrane, flat sheet membrane)

Dựa vào kích thước lỗ lọc, màng được phân chia thành 4 loại

Màng vi lọc (Microfiltation)

Là loại màng có kích thước lớn nhất, ứng dụng của nó là tách các phần tử lơ lửng từ các chất không hòa tan Màng vi lọc là loại có đường kính lỗ giới hạn, kích thước lỗ từ 0,1 – 10 μm, hoạt động ở áp suất tương đối thấp Ứng dụng quan trọng trong lọc nước đơn giản ở các chu trình cuối, ví dụ dùng trong lọc nước ép trái cây, sữa, rượu vang, bia

và dược phẩm vô trùng

Màng siêu lọc (Ultrafiltration)

Màng siêu lọc là loại màng giới hạn bởi khối lượng phân tử, được xác định là khối lượng phân tử của phân tử nhỏ nhất

Thường được sử dụng để tách các phân tử lớn như proteins và tinh bột hoặc các loại

vi sinh vật như vi khuẩn và vius

Màng lọc thẩm thấu ngược (Reverse Osmosis)

Màng lọc RO được sản xuất từ chất liệu Polyamit, có khả năng tách đối với những phân tử nhỏ nhất hoặc các hạt có đường kính 0,0001 μm

Màng lọc RO có thể loại bỏ các ion đơn lẻ chẳng hạn như Na+ và Cl- Các lỗ rỗng trong màng RO là rất nhỏ, chúng chỉ có thể quan sát bằng kính hiển vi

Thẩm thấu ngược được ứng dụng rộng rãi để tách muối trong nước biển và nước lợ Ngoài ra còn ứng dụng để tách muối trong các nhà máy nhiệt điện và một số ngành công nghiệp khác (công nghiệp bán dẫn, đèn hình, dược phẩm)

Hình 2.4 Phân loại màng lọc

2.3.1.3 Chế độ vận hành của màng

Quá trình thấm của màng có thể được vận hành ở một trong hai chế độ

Nếu không có dòng đậm đặc bị giữ lại trong khi hoạt động được gọi là “dead-end” hoặc “full-flow” (lọc vuông góc) Quá trình lọc luôn dẫn đến sự gia tăng trở lực dòng chảy Trong chế độ dead-end filtration trở lực gia tăng theo độ dày của lớp bánh bùn sẽ hình thành các bánh cặn trên bề mặt màng gây ảnh hưởng đến hiệu quả làm việc của màng Độ thấm giảm dần và tỷ lệ thuận với nồng độ chất rắn và thông lượng, và nhu cầu làm sạch định kỳ Tuy nhiên trong chế độ này tổn thất năng lượng ít hơn trong chế độ cross-flow filtration

Nếu dòng đậm đặc giữ lại tiếp tục chảy từ đầu ra của modul màng trong lúc hoạt động thì được gọi là lọc xuôi dòng “cross-flow” Đối với quá trình lọc xuôi dòng, sự lắng

đọng trên màng tiếp tục diễn ra cho đến khi lớp bánh bùn trên bề mặt màng được loại

bỏ bởi lực khuấy trộn làm sạch của chất lỏng đi ngang qua màng

Hình 2.5 Lọc xuôi dòng (a) và lọc vuông góc (b)

2.3.2 Giới thiệu về công nghệ sinh học màng MBR

2.3.2.1 Chế độ hoạt động của quá trình sinh học màng

Dựa vào cách thiết kế và vận hành màng có thể phân loại thành 2 kiểu là hệ thống màng đặt ngoài (Extermal) và hệ thống màng đặt ngập (Internal)

Hệ thống màng đặt ngập (Internal) thì không cần tuần hoàn và làm giảm chi phí vận hành Năng lượng tiêu thụ từ 0,2 đến 0,4 kWh/m3, chiếm hơn 80% cho quá trình sục khí (Chua và cộng sự, 2002)

Trong trường hợp hệ thống màng đặt ngoài, module màng không phụ thuộc vào bể phản ứng, nước thải sẽ được cho vào trong bể phản ứng tiếp xúc với sinh khối Hỗn hợp nước thải và sinh khối sẽ được bơm tuần hoàn trong màng, dòng thấm sẽ chảy ra ngoài

và phần còn lại sẽ tuần hoàn quay lại bể, bùn dư sẽ được bơm ra ngoài nhằm duy trì tuổi bùn Việc tuần hoàn sẽ làm tăng chi phí năng lượng từ 2 đến 10 kWh/m3 nước sau khi lọc, nó phụ thuộc vào đường kính ống được sử dụng (Côté và cộng sự, 1998)

Hình 2.6 Mô tả chế độ hoạt động MBR Màng đặt ngập (a) và màng đặt ngoài (b)

2.3.2.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống MBR hiếu khí dạng đặt ngập

Công nghệ MBR hiếu khí đặt ngập là sự kết hợp giữa hai quá trình cơ bản trong một đơn nguyên: phân hủy sinh học các hợp chất hữu cơ có trong nước thải và tách sinh khối

vi khuẩn bằng hệ thống màng lọc Hoạt động dựa trên cơ sở của quá trình thấm hút, nơi

mà nước thải được thấm hút ra ngoài từ module màng

Cách lắp đặt hệ thống MBR chủ yếu là sử dụng một bể phản ứng và module màng lọc thành một đơn vị xử lý nước thải

Trong xử lý nước thải bằng công nghệ MBR hiếu khí dạng đặt ngập quá trình tách hai pha rắn – lỏng được thực hiện bởi màng vi lọc (MF) Nguyên tắc cơ bản là nước được thấm qua màng trong khi các thành phần loại bỏ sẽ tập trung và bị giữ lại trong bể sinh học Màng được sử dụng để giữ lại các chất rắn, các vật chất không tan trong nước Dựa trên kích thước tương đối của lỗ màng mà thành phần vật chất trong nước dòng ra khác nhau Quá trình lọc màng là quá trình vật lý, nơi mà các thành phần riêng biệt không thay đổi về tính chất hóa học Các thành phần đi qua lỗ màng được gọi là thấm hút qua trong khi những thành phần khác sẽ bị giữ lại

Công nghệ này sử dụng màng sợi rỗng và nước chảy từ ngoài vào trong với nhu cầu năng lượng thấp Nước được thấm hút từ ngoài vào trong sau đó đi ra khỏi cột màng bằng ống thu nước phía trên hoặc phía dưới của cột màng thông qua bơm hút Màng hoạt động dựa trên áp suất âm là sự chênh lệch của áp suất, dựa trên khả năng di chuyển của nước từ nơi có áp suất cao đến nơi có áp suất thấp

Hình 2.7 Cơ chế lọc qua màng MBR

Module màng hoạt động theo nguyên lý sục khí liên tục Dòng khí có vai trò cung cấp oxy cho quá trình phân hủy sinh học xảy ra, duy trì trạng thái lơ lửng của bùn hoạt tính Trong khi hoạt động, màng sẽ bị bám bẩn bởi các bông bùn sinh học Các bọt khí

trong quá trình sục khí di chuyển từ dưới lên sẽ tạo ra sự xáo trộn và làm bong các bông bùn bám trên bề mặt của màng

Bảng 2.5 Những thuận lợi và bất lợi của màng đặt ngập và đặt màng ngoài

- Năng lượng tiêu thụ

Nguồn: Modified Stephenson et al, 2000

2.3.2.3 Hiện tượng bẩn màng trong MBR

Khi sử dụng bể MBR thì vấn đề bẩn màng là điều không tránh khỏi, do đó cần phải rửa màng thường xuyên Đây là khó khăn của việc ứng dụng MBR trong quá trình xử

lý

Sự bẩn màng được định nghĩa là sự suy giảm thông lượng dòng thấm đi qua màng và

gia tăng trở lực dòng thấm qua màng

Bẩn màng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như sự tích lũy các hạt bùn, bám dính các đại phân tử trên bề mặt màng và tắt nghẽn bởi những phân tử nhỏ và lớp bùn hình thành bởi

sự tích lũy các phân tử bùn và đó là nguyên nhân chung nhất để làm giảm thông lượng dòng thấm

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính bẩn màng như loại màng, cách lắp đặt, đặc điểm nước thải, đặc điểm sinh khối, chế độ vận hành, thời gian lưu bùn, chế độ sục khí

… Theo Le – Clech và cộng sự, 2006 khảo sát quá trình đã cho thấy những cơ chất cao phân tử ngoại bào (EPS – extracellular polymeric substances), đặc biệt là những sản phẩm vi sinh hòa tan (SMP – soluble microbial products) đóng vai trò quan trọng trong quá trình làm bẩn màng (Le – Clech và cộng sự, 2006)

Sự bẩn màng sẽ không được quan sát khi thông lượng dòng thấm được duy trì ở dưới mức giới hạn, khi vượt qua ngưỡng giới hạn, các phân tử bắt đầu tích lũy trên bề mặt màng gọi là lớp bánh bùn Lớp bánh bùn này có thể được loại bỏ bằng phương pháp rửa vật lý, đây gọi là sự bẩn màng thuận nghịch Bẩn màng bên trong là do sự hấp phụ các phân tử hòa tan vào trong lỗ lọc của màng, sự cản trở lỗ lọc này gọi là sự bẩn màng không thuận nghịch

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

Chỉ số tắt nghẽn màng MFI thường được sử dụng để dự đoán khả năng tắt nghẽn của màng dựa trên cơ chế lọc qua lớp bánh bùn (Boerlage và cộng sự, 2002) 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 MFI tăng với sự gia tăng áp suất do nén lớp bánh bùn (Boerlage và cộng sự, 2002)

Theo kinh nghiệm thực tế, màng lọc MBR cần được rửa ngược hằng ngày bằng nước sạch hoặc bằng khí theo chu kỳ cài đặt sẵn nhằm chống hiện tượng nghẹt bùn, giảm lưu lượng nước thải ra

Sau định kỳ 4 - 6 tháng, cần rửa màng MBR bằng hoá chất Chlorine khử trùng nhằm đẩy hàm lượng vi sinh mắc kẹt trong lỗ màng ra ngoài

Dịch hóa chất Chlorine với liều lược 3 – 5 g/lít

2.3.2.4 Những ưu điểm của công nghệ MBR so với công nghệ truyền thống (CAS)

Quá trình MBR có nhiều ưu điểm hơn so với bùn hoạt tính thông thường Ưu điểm vượt trội của MBR là chất lượng nước thải sau xử lý rất cao có thể tái sử dụng nước thải, diện tích hệ thống xử lý nhỏ gọn, thời gian lưu bùn dài, lượng bùn sinh ra thấp và vận

hành linh hoạt (Visvanathan và cộng sự, 2000)

Ứng dụng kỹ thuật màng đặt ngập trong bể sinh học giúp tăng cường và hoàn thiện công nghệ xử lý sinh học bằng phương pháp bùn hoạt tính

Kích thước lỗ màng là 0,1 - 10μm, màng MBR có thể tách các chất rắn lơ lửng, hạt keo, vi khuẩn, một số virus và các phân tử hữu cơ có kích thước lớn Do đó, công nghệ MBR không cần thêm bể lắng thứ cấp và bể khử trùng, dẫn đến giảm được chi phí xây dựng, thiết bị, hóa chất, giảm chi phí vận hành Trong quá trình lọc màng, việc loại bỏ các vi khuẩn và virus có thể đạt được mà không cần thêm hóa chất (Pouet và cộng sự, 1994; Langlais và cộng sự, 1992; Kolegaet al, 1991)

Độc lập với yêu cầu về thời gian lưu bùn và lưu nước Nên không bị ảnh hưởng bởi kích thước bùn, chỉ yêu cầu kích thước bùn lớn hơn kích thước lỗ lọc trên bề mặt màng MBR có thể được vận hành trong thời gian lưu bùn rất lâu SRT (5 - 50 ngày) với MLSS cao trong bể phản ứng và tỷ số F/M thấp (Visvanathan et al., 2000) Trong xử lý nước thải công nghiệp, MLSS có thể gia tăng đến 80000 mg/l (Fakhru’l-Razi, 1994) Điều này có nghĩa là giảm thể tích bể phản ứng và diện tích khu vực xử lý nhỏ Thời gian lưu nước ngắn (3 - 5 giờ) so với công nghệ bùn hoạt tính truyền thống (6 - 8 giờ) vì thế giảm diện tích cần thiết Ngoài ra, do nồng độ sinh khối cao nên sẽ làm giảm khả năng nổi của bùn, tăng hiệu quả xử lý của bùn hoạt tính

Bảng 2.6 So sánh bùn hoạt tính thông thường (CAS) và trong MBR

Hình 2.8 So sánh bùn hoạt tính thông thường (CAS) và trong MBR

Mặc dù công nghệ MBR có những lợi thế, tuy nhiên khi ứng dụng đối với mô hình lớn, công nghệ này bị giới hạn bởi chi phí cao về vốn và chi phí vận hành, chủ yếu là do quá trình lắp đặt và thay thế màng và nhu cầu sử dụng năng lượng cao Nhu cầu năng lượng cao so với công nghệ truyền thống CAS là do việc sử dụng năng lượng để tránh

và làm giảm quá trình tắt nghẽn màng (70% tổng nhu cầu năng lượng)

CHƯƠNG 3 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 VẬT LIỆU NGHIÊN CỨU

3.1.1 Bùn hoạt tính sử dụng trong nghiên cứu

Bùn hoạt tính sử dụng trong nghiên cứu được lấy từ bể Aerotank trong hệ thống xử

lý nước thải công nghiệp tập trung trong điều kiện hệ thống này đang hoạt động bình thường

Nồng độ bùn cho vào bể sinh học màng ngay khi bắt đầu vận hành mô hình là 6000 mg/L

3.1.2 Đối tượng nghiên cứu

Mẫu nước thải thực được lấy sau bể lắng 1 tại nhà máy XLNT thuộc KCN Xuyên Á (địa chỉ: Tỉnh lộ 824, ấp Tràm Lạc, xã Mỹ Hạnh Bắc, huyện Đức Hòa, tỉnh Long An)

Bảng 3.1 Các thông số ô nhiễm của nước thải

Đầu thấm của đơn vị màng ABS resin

3.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

Thiết kế và lắp đặt mô hình MBR quy mô phòng thí nghiệm xử lý nước thải công nghiệp tập trung;

Vận hành mô hình MBR và thực hiện lấy mẫu với tải trọng chất hữu cơ thích nghi là 0,5 kgCOD/m3.ngày