BÀI THI MÔN KỸ THUẬT MÀNG: Cách bố trí các thiết bị trong hệ thống màng và cấu tạo các loại mô đun màng ppsx

BÀI THI MÔN KỸ THUẬT MÀNG
Đề bài:
Nêu cách bố trí các thiết bị trong hệ thống màng và cấu tạo các loại
mô đun màng
Theo anh/chị, loại mô đun màng nào phù hợp dùng trong lĩnh vực
sản xử lý nước thải tại Việt Nam?
Thực hiện:
Lê Mai Oanh
Nguyễn Ngọc Mai
Nguyễn Hoàng Chung
Lớp KTHH 2009 – 2010
HÀ NỘI, 06/2010

HÀ NỘI 2009

NỘI DUNG
1. CÁCH BỐ TRÍ CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG MÀNG 1
1.1. Các kiểu bố trí thiết bị trong hệ thống màng 1
1.1.1. Bố trí nối tiếp
1.1.2. Bố trí song song
1.1.3. Bố trí kiểu cây thông
1.1.4. Cách bố trí kiểu tuần hoàn
1.2. Ưu nhược điểm của bố trí cây thông và bố trí tuần hoàn 3
2. CẤU TRÚC CÁC LOẠI MÔ ĐUN MÀNG 4
2.1. Mô đun màng phẳng 6
2.1.1. Mô đun khung bản
2.1.2. Mô đun hộp
Ưu điểm:
Nhược điểm:
2.1.3. Mô đun quấn
2.1.4. Ưu điểm của mô đun màng quấn

2.2. Mô đun ống 10
2.2.1. Mô đun ống
Tóm tắt một số đặc điểm của mô đun màng ống:
Ưu điểm:
Nhược điểm:
2.2.2. Mô đun màng sợi rỗng
2.2.3. Mô đun mao quản
3. ỨNG DỤNG MÔ ĐUN MÀNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ở VIỆT NAM 14
3.1. Hiện trạng nước thải tại Việt Nam 14
BÀI THI MÔN KỸ THUẬT MÀNG
Đề bài:
Nêu cách bố trí các thiết bị trong hệ thống màng và cấu tạo các loại
mô đun màng
Theo anh/chị, loại mô đun màng nào phù hợp dùng trong lĩnh vực
sản xử lý nước thải tại Việt Nam?
Thực hiện:
Lê Mai Oanh
Nguyễn Ngọc Mai
Nguyễn Hoàng Chung
Lớp KTHH 2009 – 2010
HÀ NỘI, 06/2010

HÀ NỘI 2009

3.2. Ðề xuất giải pháp 15
3.3. Nguyên lý hoạt động chung 17
3.4. Một số ví dụ 18
3.4.1. Xử lý nước thải sinh hoạt
3.4.2. Xử lý nước thải làng nghề chế biến lương thực
4. TÀI LIỆU THAM KHẢO 21

1. CÁCH BỐ TRÍ CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG MÀNG
1.1. Các kiểu bố trí thiết bị trong hệ thống màng
Một hệ thống màng gồm các thiết bị: mô đun màng, bơm, ống dẫn, van và thiết bị điều
khiển. Các mô đun màng được bố trí theo 2 cách cơ bản: Nối tiếp và song song.
1.1.1. Bố trí nối tiếp
Hình 1.1: Bố trí hệ thống màng kiểu nối tiếp
Đặc điểm của hệ thống:
- Dung dịch đầu vào sẽ được đưa vào mô đun thứ nhất, dịch đặc của hệ thống sau
khi qua các mô đun sẽ được thu hồi lại.
- Dịch đặc ra khỏi mô đun trước là dung dịch đầu vào của mô đun sau.
- Nước trong ra khỏi từng mô đun được gộp lại.
Nhận xét:
- Cách bố trí này không có tác dụng làm tăng năng suất.
- Có thể thay đổi được nồng độ của dịch đặc.
1.1.2. Bố trí song song
Hình 1.2: Bố trí hệ thống màng kiểu song song
1
Đặc điểm của hệ thống:
- Dung dịch đầu được đưa vào tất cả các mô đun.
- Dịch đặc và nước trong của hệ thống lấy ra từ tất cả các mô đun.
Nhận xét:
- Có thể tăng năng suất dung dịch vào.
- Không làm thay đổi nồng độ dịch đặc và nước trong.
Từ 2 cách bố trí cơ bản, để tăng chất lượng của sản phẩm mà vẫn đảm bảo năng suất
lớn, người ta đưa ra nhiều cách bố trí phối hợp, trong đó có 2 kiểu bố trí thường gặp:
1.1.3. Bố trí kiểu cây thông
Hình 1.3: Bố trí hệ thống màng kiểu cây thông
Đặc điểm của hệ thống:
- Mỗi bậc của hệ thống gồm một hay nhiều mô đun làm việc song song.

- Các bậc ghép với nhau theo cách bố trí nối tiếp.
- Số mô đun của bậc trước lớn hơn số mô đun bậc sau.
- Nước trong ra khỏi từng mô đun được gộp lại.
- Dịch đặc được lấy ra từ mô đun cuối cùng.
Nhận xét:
- Có thể tăng được chất lượng dịch đặc hoặc nước trong mà vẫn đảm bảo năng
suất dòng đầu vào.
- Hiệu quả phân tách và chất lượng tốt, chi phí đầu tư rẻ.
Cách bố trí kiểu cây thông thường được sử dụng trong các hệ thống khử mặn cho
nước.
2
1.1.4. Cách bố trí kiểu tuần hoàn
Hình 1.4: Bố trí hệ thống màng kiểu tuần hoàn
Đặc điểm của hệ thống:
- Dung dịch đầu vào cùng với dịch đặc ra khỏi mô đun trước thì được đưa vào mô
đun sau.
- Bố trí thêm một bơm tuần hoàn trước mỗi mô đun.
- Các mô đun mắc với nhau theo kiểu nối tiếp.
Nhận xét:
- Vòng tuần hoàn bảo đảm sự lưu thông trên màng màng tốt do không có sự phân
cực nồng độ, tăng hiệu quả chuyển chất, đảm bảo sự chênh lệch áp suất.
- Nước trong thu được có chất lượng tốt.
- Tốn năng lượng bơm.
Cách bố trí kiểu tuần hoàn thường được sử dụng cho các hệ thống màng trong công
nghiệp thực phẩm, công nghiệp hóa chất và dược phẩm.
1.2. Ưu nhược điểm của bố trí cây thông và bố trí tuần hoàn
Bố trí hệ thống kiểu tuần hoàn thì luôn luôn hoạt động, trong khi đó bố trí hệ thống
theo kiểu cây thông thì chỉ hoạt động tốt khi mà dòng chảy được ổn định trong một
thời gian dài.MULTI
Ưu điểm chính của cách bố trí kiểu cây thông chính là tính đơn giản của nó. Chỉ có 1

bơm và đường ống thì ngắn. Vấn đề chủ yếu là dòng vào được lựa chọn thường giới
hạn ở mức quá thấp hoặc quá cao, và bất kỳ sự nhiễu nào của dòng vào sẽ có xu hướng
gây bất ổn định cho hệ thống.
3
Cách bố trí hệ thống kiểu cây thông làm việc tốt nhất khi diện tích màng trong mỗi bậc
không khác nhau nhiều. Nhưng trong thực tế thì mỗi bậc khác nhau một hay hai mô
đun.
Còn ưu điểm của việc bố trí hệ thống tuần hoàn là việc mở rộng hay thay đổi hệ thống
tuần hoàn không phức tạp lắm. Trong hầu hết trường hợp có thể thêm hoặc bớt một
hay nhiều vòng tuần hoàn cho mỗi chu trình. Hơn nữa, người ta cũng thường thêm
hoặc bỏ đi một hay nhiều chu trình tuần hoàn. Nói cách khác, việc mở rộng một nhà
máy chính hay thay đổi các điều kiện vận hành có thể tiến hành mà không cần việc xây
dựng lại nhà máy đó. Ngược lại, đối với cách bố trí kiểu cây thông thì rất khó hoặc
không thể thay đổi mà không phải thiết kế lại toàn bộ hệ thống.
Tùy theo mục đích sử dụng thì người ta sẽ lựa chọn bố trí hệ thống màng theo kiểu cây
thông hay theo kiểu tuần hoàn.E PLANT DESIGN
2. CẤU TRÚC CÁC LOẠI MÔ ĐUN MÀNG
Để ứng dụng màng ở phạm vi kỹ thuật cần yêu cầu diện tích màng lớn. Những đơn vị
nhỏ nhất trong đó màng được sắp xếp lại cùng nhau được gọi là mô đun. Mô đun là
phần trung tâm của hệ thống màng. Đơn giản nhất là kiểu mô đun một trong một đơn
lẻ (hình 2.1.).

Hình 2.1. Mô tả nguyên lý cơ bản của mô đun màng
Dòng dịch vào đi vào mô đun với thành phần và tốc độ dòng đã biết trước. Do màng
có khả năng ưu tiên một cấu tử hơn các cấu tử khác, nên cả thành phần và tốc độ dòng
đưa vào trong mô đun sẽ thay đổi theo hàm của quãng đường đi. Khi đi vào mô đun
màng, dòng dịch vào được chia thành hai dòng: dòng nước trong và dòng dịch đặc.
Dòng nước trong là phần dòng dịch chui qua được màng, phần còn lại là dịch đặc.
Các thiết kế mô đun có thể được dựa trên hai loại cấu hình màng: 1) dạng phẳng; 2)
dạng ống. Mô đun khung bản và mô đun cuốn được thiết kế dựa trên các màng phẳng

trong khi mô đun ống, môn đun mao quản hay mô đun sợi rỗng lại dựa trên các cấu
4
Nước trongNước trong
Dịch vào
Dịch đặc
Mô đun
hình màng ống. Sự khác biệt giữa 3 loại mô đun này chủ yếu ở đường kính các ống
(Bảng II.1.).
Bảng II.1. Kích thước gần đúng của các loại màng ống
Cấu hình màng Đường kính (mm)
Ống >10.0
Mao quản 0.5 – 10.0
Sợi rỗng < 0.5
Nếu màng sợi rỗng/ ống được xếp lại cùng nhau trong một cấu trúc song song thì diện
tích màng trên một đơn vị thể tích chỉ là hàm của các đường kính ống. Bảng II.2. chỉ ra
diện tích riêng màng theo bán kính ống, minh họa rõ ràng sự khác nhau về diện tích
riêng đối với các hệ thống màng ống (r ~ 5 mm) và hệ màng sợi rỗng (r ~ 50 µm =
0.05 mm).
Bảng II.2. Diện tích bề mặt trên một đơn vị thể tích đối với một vài loại ống [3]
Bán kính ống (mm)
Diện tích bề mặt trên 1 đơn
vị thể tích (m
2
/ m
3
)
5 360
0.5 3.600
0.05 36.000
Tuy nhiên, nói chung, một hệ thống không chỉ gồm một mô đun riêng lẻ mà phải gồm

một số các mô đun được sắp xếp với nhau thành một hệ thống. Thực tế, mỗi ứng dụng
kỹ thuật phải có thiết kế hệ thống riêng của nó tùy theo những yêu cầu riêng.
Khi thiết kế mô đun màng cần thỏa mãn những yêu cầu sau:
- Dòng thấm qua màng lớn và đều (không có khu vực chết)
- Bền nhiệt, hóa, cơ học
- Kết cấu nhỏ gọn
- Giá thành rẻ
- Chi phí thay màng rẻ
- Ít tổn thất áp suất
5
Tính khả dụng của quá trình màng phụ thuộc vào việc thiết kế mô đun màng vì diện
tích phân tách màng hiệu dụng chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi cấu trúc mô đun màng.
Mô đun khung – bản và mô đun ống là hai kiểu mô đun màng ra đời sớm nhất dựa trên
công nghệ lọc đơn giản. Đến nay cả hai hệ thống vẫn còn ứng dụng, tuy nhiên giá
thành cao và ít hiệu quả nên chủ yếu người ta sử dụng mô đun màng kiểu sợi rỗng và
mô đun dạng quấn.
2.1. Mô đun màng phẳng
2.1.1. Mô đun khung bản
Mô đun khung – bản là một trong những hệ thống màng đầu tiên, thiết kế của nó về cơ
bản dựa trên những thiết bị lọc truyền thống. Cửa dẫn dịch vào và cửa lấy sản phẩm ra
được đặt thành lớp giữa hai lớp cuối, như ở hình 2.2. Giá thành sản phẩm cao (so với
các mô đun màng khác) cùng với sự rò rỉ ở những chỗ nối trong hệ thống đã hạn chế
ứng dụng của hệ thống này ở những ứng dụng quy mô nhỏ.
Hình 2.2. Mô đun màng khung bản
Hình 2.3. Đường đi của các dòng trong mô đun khung bản
6
Loại mô đun khung bản có nhiều ưu điểm như các mảng màng được thay thế riêng rẽ,
ít bị đóng cặn bẩn, có thể được sử dụng mà không cần keo dán. Tuy nhiên nhược điểm
lớn nhất của nó là phải dùng nhiều bản phụ trợ. Ngoài ra khi chuyển hướng dòng chảy
trong mô đun gây ra tổn thất áp suất cao. Mô đun khung bản cũng có diện tích tương

đối nhỏ (< 400m
2
/ m
3
).
Mô đun màng khung bản có ứng dụng rộng rãi, như trong vi lọc, siêu lọc, thẩm thấu
ngược, bay hơi qua màng và điện thẩm tích.
2.1.2. Mô đun hộp
Ưu điểm:
- Ít dùng đệm hơn mô đun quấn
- Tính chịu áp cao
- Tổn thất áp suất phía trong thấp
- Ít bị đóng cặn
Nhược điểm:
- Diện tích riêng nhỏ (< 400 m
2
/ m
3
)
- Phải dùng đến keo để kết dính
Phạm vi ứng dụng:
- Thẩm thấu ngược, lọc nano, tách khí
7
2.1.3. Mô đun quấn
Mô đun màng quấn ban đầu được thiết kế chỉ để khử mặn của nước, nhưng do kiểu
thiết kế nhỏ gọn và giá thành thấp đã khiến nó trở nên hấp dẫn với những ngành công
nghiệp khác. Sau một loạt thử nghiệm và rất nhiều thất bại, mô đun quấn đã được thiết
kế lại và có thể sử dụng trong rất nhiều ứng dụng công nghiệp, như để làm sạch nước
trong công nghiệp giấy và bột giấy, ở nhiệt độ và áp suất rất cao. Tuy nhiên, số công
ty thực sự có thể và sẽ phát triển mô đun màng quấn cho nhiều ứng dụng khác nữa vẫn

bị hạn chế.
Hình 2.4. Mô đun màng quấn (Wagner, 2001, Membrane Filtration Handbook)
Thiết kế màng quấn gồm các tấm màng và các tấm đệm (feed spacers) được cuốn xung
quanh một ống trung tâm có đục lỗ. Cấu tạo cơ bản của mô đun màng quấn được chỉ ra
ở hình 2.4. Theo hình vẽ này, dịch đi vào theo hướng tâm và thấm qua các tấm màng.
Một phần dịch sẽ thấm vào các tấm màng, còn nước trong thì chuyển động xoáy trong
ống trung tâm và đi ra ngoài ở đầu kia qua ống thu.
Những mô đun này được thiết kế nhằm làm giảm bề mặt màng nhiều nhất có thể trong
một thể tích cho trước. Ở quy mô nhỏ, mô đun màng cuốn gồm một tấm màng đơn
được bao quanh một ống thu. Trong mô đun có diện tích màng lớn, sử dụng tấm màng
đơn có thể tạo ra chênh lệch áp suất lớn do đường đi của nước trong tới ống thu trung
tâm dài hơn. Để giữ áp suất của mô đun ở mức có thể kiểm soát được, người ta dùng
nhiều tấm màng ngắn hơn.
8
2.1.4. Ưu điểm của mô đun màng quấn
Trong kỹ thuật thẩm thấu ngược (RO), lọc nano (NF) và siêu lọc (UF), phần lớn các
mô đun màng được chế tạo theo thiết kế sợi rỗng hoặc dạng quấn. Độ nén chặt cao và
giá thành sản xuất thấp là những yếu tố chính khiến những mô đun màng này có ứng
dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp (Bảng II.1). Mô đun khung bản và mô
đun ống chỉ sử dụng trong một vài ứng dụng mà sự đóng cặn trên màng lớn, ví dụ,
trong thực phẩm hay trong xử lý tạp chất nước công nghiệp bị nhiễm bẩn nặng.
Việc ngăn chặn sự đóng cặn là một trong những yếu tố quyết định tính chọn lọc của
mô đun. Nói chung, sự bám cặn là một vấn đề nghiêm trọng trong các quá trình phân
tách lỏng như các quá trình thẩm thấu ngược, lọc nano và siêu lọc. Mặc dù các mô đun
khung bản và mô đun ống có khả năng kiểm soát đóng cặn tốt hơn, nhưng những loại
mô đun này chưa hoàn toàn thích hợp do giá thành cao, trừ quá trình phân tách gây
bám cặn nghiêm trọng. So sánh giữa các mô đun sợi rỗng và mô đun màng quấn, ta
thấy mô đun màng quấn ra đời nhằm thay thế mô đun sợi rỗng do chúng ngăn chặn
việc bám cặn do đó làm giảm đáng kể chi phí cho tiền xử lý dòng dịch vào.
Hình 2.5. Các dòng dịch đi

trong mô đun quấn
So với một số mô đun màng khác, mô đun
màng quấn có một số ưu điểm:
- Diện tích riêng lớn (1000m
2
/ m
3
)
- Chế tạo đơn giản, chi phí thấp
- Tạo xoáy cục bộ nên tránh đóng cặn
Nhược điểm:
- Hiệu quả lấy nước trong không cao
- Không thể xử lý với các chất rắn lơ lửng
- Khó làm sạch
- Phải dùng keo để kết dính
Phạm vi ứng dụng: RO, NF, PV, GP
Bảng II.3. Đặc điểm các loại mô đun màng chính
9
Mô đun
Sợi rỗng
Quấn
Khung bản
Ống
Chi phí sản xuất ($USD/ m
2
) 5 – 20 30 – 100 100 – 300 50 – 200
Diện tích riêng Cao
Trung bình
Thấp Thấp
Khả năng chống bám cặn

Rất kém
Trung bình
Tốt Rất tốt
Tổn thất áp suất Cao
Trung bình
Trung bình
Thấp
Tính tương thích khi vận
hành ở áp suất cao
Có Có Khó thực
hiện
Khó thực
hiện
2.2. Mô đun ống
2.2.1. Mô đun ống
Một số màng ống được sắp xếp vào trong một cái vỏ và thiết bị trao đổi nhiệt dạng
ống. Dịch vào đi trong các lumen, còn nước trong thấm qua thành ống, và được thu ở
phía ngoài gần vỏ. Dịch đặc còn lại được lấy ở cuối các ống khác.
Hình 2.7. Mô đun màng gốm dạng ống (Kerasep – Techsep)
10
Hình 2.8. Hệ thống mô đun màng ống khi cắt. Đường kính ống 0.5 – 1 inches. Màng
được đúc trong một ống hỗ trợ, phía ngoài là lớp vỏ PVC (Courtesy of J. L. Short,
Koch Membrane System)
Tóm tắt một số đặc điểm của mô đun màng ống:
- Màng được đúc trong một ống phụ trợ (Ống tăng bền)
- Các màng ống có đường kính từ 6 – 24 mm
- Dòng thường đi từ trong ra ngoài (inside – out)
Ưu điểm:
- Ít đóng cặn, dễ làm sạch, dễ xử lý được các chất rắn lơ lửng và các dòng dịch có
độ nhớt cũng như áp suất chuyển qua màng cao.

- Vận hành với dòng chảy xoáy
- Trong mô đun có trở lực nhỏ
Nhược điểm:
- Diện tích riêng nhỏ (≤ 80 m
2
/ m
3
)
- Yêu cầu không gian lớn
- Khó thay màng và mất nhiều thời gian
- Hệ thống ống với đường kính lớn (1 inch) tốn nhiều năng lượng
- Khó chế tạo và chi phí đắt để thay đổi thiết kế ống
11
Những ưu điểm của mô đun ống đôi khi lớn hơn những nhược điểm, nên mô đun màng
vẫn có một vị trí trong ngành công nghiệp màng, tuy rằng khá nhỏ. Mô đun màng ống
thương ứng dụng nhiều trong vi lọc, siêu lọc, thẩm thấu ngược một bậc.
2.2.2. Mô đun màng sợi rỗng
Các kỹ thuật chuẩn bị màng đã được mô tả không còn được phát triển để sản xuất các
loại màng phẳng. Tuy nhiên, những kỹ thuật này có thể được thay đổi để sản xuất
những loại màng ở dạng ống mỏng hay dạng sợi. Ưu điểm lớn nhất của loại màng sợi
rỗng là có thể tạo các mô đun nhỏ gọn với diện tích bề mặt màng rất cao. Tuy nhiên,
ưu điểm này lại tạo ra nhược điểm là tốc độ dòng thấp hơn so với các loại màng phẳng
được tạo ra từ cùng loại vật liệu. Phần lớn các mô đun sợi rỗng ứng dụng trong xử lý
nước được sản xuất dựa trên các màng UF hoặc MF. Cũng như tên gọi, loại mô đun
này bao gồm các màng sợi rỗng, đó là các ống dài và hẹp có thể được tạo chế tạo từ
các vật liệu màng khác nhau nhau. Các sợi này có thể được bó lại theo một vài cách
sắp xếp. Trong cấu hình chung được nhiều nhà sản xuất sử dụng, các sợi rỗng được bó
lại với nhau theo chiều dài, cố định ở hai đầu và được bọc trong một lớp vỏ chịu áp
như một phần của mô đun. Các mô đun này thường được đặt thẳng đứng, mặc dù đặt
nằm ngang cũng có thể dùng được. Một kiểu tương tự như mô đun màng quấn ở đó cả

hai được chèn vào trong vỏ chịu áp độc lập với bản thân mô đun. Mô đun này được đặt
nằm ngang. Một cấu hình khác trong đó các sợi rỗng đã được bó lại với nhau được đặt
nằm ngang và được nhúng chìm trong một cái bể mà không sử dụng vỏ chịu áp. Một
mô đun sợi rỗng cơ bản có thể gồm một vài trăm cho tới hơn 10,000 sợi rỗng. Mặc dù
các kích thước đặc trưng là khác nhau tùy theo nhà sản xuất, nhưng nhìn chung kích
thước cơ bản của sợi rỗng như sau:
 Đường kính ngoài : 0.5 – 2.0 mm
 Đường kính trong : 0.3 – 1.0 mm
 Độ dày thành sợi rỗng : 0.1 – 0.6 mm
 Chiều dài sợi : 1 – 2 m
Hình 2.6. Mặt cắt ngang
sợi rỗng dưới kính hiển vi
12
Sự khác biệt giữa mô đun mao quản và mô đun sợi rỗng đơn giản là ở các kích thước
vì các khái niệm mô đun là như nhau. Với các mô đun màng sợi rỗng, dung dịch đưa
vào có thể đi bên trong sợi (“inside – out”) hoặc đi ở ngoài (“outside – in”) (hình 2.7).
Trong thẩm thấu ngược (RO), dịch vào chủ yếu chảy theo hướng kính hoặc chảy song
song dọc theo bó sợi, trong khi đó nước trong chảy qua cạnh thành của mỗi sợi. Mô
đun sợi rỗng là dạng mô đun có diện tích bề mặt riêng cao nhất, có thể lên tới 30,000
m
2
/ m
3
.
Hình 2.7. Mô đun màng sợi rỗng
Tóm tắt một số đặc điểm của mô đun màng sợi rỗng:
Ưu điểm:
- Năng lượng bơm thấp
- Diện tích bề mặt riêng lớn (lớn nhất trong số các loại mô đun)
- Có khả năng đạt được nồng độ địch đặc cao

Nhược điểm:
- Tính mỏng manh của các sợi màng
- Không thể xử lý các chất rắn lơ lửng
Ứng dụng:
- UF, MF, thẩm tách
13
2.2.3. Mô đun mao quản
Mô đun mao quản cũng tương tự như mô đun màng sợi rỗng chỉ khác về kích thước
các mao quản. Thông thường đường kinh các mao quản màng khoảng từ 0.6 – 6 mm.
Không như mô đun sợi rỗng, dòng dịch có thể đi trong ống hoặc đi ngoài ống, ở mô
đun mao quản, dịch vào chảy trong tâm ống, nước trong sẽ thấm qua thành mao quản
và được lấy ra ngoài. So với các mô đun ống, mô đun mao quản có diện tich riêng lớn
hơn, giá thành chế tạo thấp hơn. Tuy nhiên dòng chảy trong mô đun là dòng chảy
màng nên chuyển khối khó hơn và kém bền áp. Mô đun mao quản ứng dụng nhiều
trong siêu lọc, tách khí, thẩm tách, bay hơi qua màng.
3. ỨNG DỤNG MÔ ĐUN MÀNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ở VIỆT
NAM
3.1. Hiện trạng nước thải tại Việt Nam
Ở Việt Nam, nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% là nguyên nhân chính gây ô
nhiễm nước mặt và nước ngầm và xử lý nước thải đang là vấn đề cấp bách cần được
đặt ra để từng bước cải thiện tình hình.
Tại một số các thành phố lớn, thị xã và thị trấn chỉ một số khu vực dân cư có hệ
thống cống rãnh thải nước thải sinh hoạt song hệ thống này thường dùng chung với hệ
thống thoát nước mưa thải trực tiếp ra môi trường tự nhiên hoặc ao hồ hoặc sông suối
hoặc thải ra biển. Hầu như không có hệ thống thu gom và trạm xử lý nước thải sinh
hoạt riêng biệt.
Một ví dụ điển hình là thành phố Hà Nội. Theo số liệu thống kê mới đây, trung
bình một ngày Hà Nội thải 458000 m
3
nước thải, trong đó 41% là nước thải sinh hoạt,

57% nước thải công nghiệp, 2% nước thải bệnh viện. Chỉ có khoảng 4% nước thải
được xử lý. Phần lớn nước thải không được xử lý mà xả thẳng vào đường thải chung
của thành phố.
Không chỉ ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh mà ở các đô thị khác như Hải
Phòng, Huế, Ðà Nẵng, Nam Ðịnh, Hải Dương nước thải sinh hoạt cũng không được
xử lý độ ô nhiễm nguồn nước nơi tiếp nhận nước thải đều vượt quá tiểu chuẩn cho
phép (TCCP). Tại các vùng nông thôn, các cụm dân cư (làng, xã) tình hình vệ sinh môi
trường còn đáng lo ngại hơn. Phần lớn các gia đình không có nhà xí hợp vệ sinh. Hầu
hết nước thải sinh hoạt thải trực tiếp ra môi trường tự nhiên.
14
Về tình trạng ô nhiễm nước ở nông thôn và khu vực sản xuất nông nghiệp, hiện
nay Việt Nam có gần 76% dân số đang sinh sống ở nông thôn là nơi cơ sở hạ tầng còn
lạc hậu, phần lớn các chất thải của con người và gia súc không được xử lý nên thấm
xuống đất hoặc bị rửa trôi, làm cho tình trạng ô nhiễm nguồn nước về mặt hữu cơ và vi
sinh vật ngày càng cao.
Việc thu gom và xử lý nước thải tập trung đang còn gặp nhiều bất cập và hạn chế.
Công tác xử lý nước thải chưa được đẩy mạnh, tại một số đô thị cũng có xây dựng một
số trạm xử lý nước thải cục bộ cho các bệnh viện như (Hà Nội, Hải Phòng, Quảng
Ninh, Huế, Ðà Nẵng ) nhưng do nhiều nguyên nhân như thiết kế, vận hành, bảo
dưỡng, không có kinh phí mà nhiều trạm xử lý sau một thời gian ngắn hoạt động đã
xuống cấp và ngừng hoạt động.
Ngoài ra, việc thu gom và xử lý nước thải tập trung còn có một số hạn chế sau:
- Chi phí đầu tư hệ thống thu gom và trạm xử lý nước thải cũng như chi phí vận
hành và bảo trì rất cao (trong đó 70% chi phí cho việc lắp đặt đường ống). Ví
dụ, ở Nhật chi phí này khoảng 12-16 triệu USD/người;
- Tiêu tốn nhiều nước để rửa trôi và vận chuyển;
- Dễ gây ô nhiễm nước ngầm do đường ống bị rò rỉ, khó kiểm tra;
- Nước chưa được xử lý thu gom tại trạm xử lý dễ gây ô nhiễm môi trường và
nước mặt;
- Thậm chí sau khi xử lý, trạm xử lý hiện đại vẫn có thể tồn đọng các chất hoạt

động sinh học như hócmôn và kháng sinh;
- Khối lượng bùn lắng sau xử lý là rất lớn.
3.2. Ðề xuất giải pháp
Trước thực trạng đó, đã có rất nhiều phương pháp khác nhau trong xử lý nước
thải. Bảng dưới đây cho một tổng quan về từng công nghệ và phương pháp. Trong thực
tế tùy điều kiện địa phương, tài chính và chính sách mà ta có các chọn lựa có thể khác
nhau.
Bảng III.1. Các phương pháp xử lý nước thải
Công nghệ xử lý Phương pháp xử lý Mục tiêu xử lý
15
Xử lý sơ bộ
Hóa lý
- Tuyển nổi
- Hấp phụ
- Keo tụ
Tách các chất lơ lửng và
khử màu
Hóa học
- Oxy hóa
- Trung hòa
Trung hòa và khử độc
nước thải.
Xử lý
tập trung
Cơ học
- Song chắn rác
- Bể chắn rác
- Bể lắng đợt 1
Tách các tạp chất rắn và
cặn lơ lửng

Sinh học
- Hồ sinh vật
- Cánh đồng lọc, tưới
- Kênh oxy hóa
- Aroten
- Bể lọc sinh học
- Bể lắng đợt 2
Tách các chất hữu cơ
dạng lơ lửng và hòa tan
Khử trùng
- Trạm trộn Clo
- Máng trộn
- Bể tiếp xúc
Khử trùng nước trước
khi xả ra nguồn
Xử lý
bùn cặn
- Bể Metan
- Sân phơi bùn
- Trạm xử lý cơ học
- Bùn cặn
Ổn định và làm khô
nguồn cặn
Xử lý
triệt để
Cơ học - Bể lọc cát Tách các chất lơ lửng
Sinh học
- Bể aroten bậc 2
- Bể lọc sinh học bậc 2
- Hồ sinh vật

- Bể khử nitrat
Khử Nito và Phôtpho
Hóa học
- Bể oxy hóa
Khử Nito và Phôtpho và
các chất khác
Hiện nay công nghệ xử lý nước thải bị ô nhiễm các hợp chất hữu cơ trên thế
giới và Việt Nam chủ yếu là sử dụng các biện pháp sinh học, trong đó phương pháp xử
lý hiếu khí và xử lý kị khí là phổ biến nhất, với nguồn nước thải có mức độ ô nhiễm
cao thông thường người ta xử lý kết hợp kị khí và hiếu khí.
16
Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí có rất nhiều hạn chế như:
- Chỉ xử lý được nước thải có mức độ ô nhiễm thấp
- Chi phí vận hành cho xử lý cao (tiền điện và hóa chất bổ sung)
- Tính ổn định của hệ thống không cao
- Tạo ra nhiều bùn thải.
Đối với phương pháp xử lý kị khí thông thường thì cần phải thời gian dài, không xử lý
được triệt để (nước thải ra chưa đạt tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5945/2005-loại B),
nước sau xử lý có mùi thối.
Để khắc phục được các nhược điểm của công nghệ xử lý nước thải bằng phương
pháp hiếu khí và kị khí nêu trên, và để phù hợp với các hạn chế của việc thu gom và xử
lý nước thải, hiện nay ở Việt Nam đã ứng dụng quy trình công nghệ xử lý nước thải tại
nguồn (sử dụng môdul nhúng chìm, với công nghệ màng lọc sinh học MBR-
Membrance Bio Reactor), từng bước cải thiện chất lượng môi trường và nâng cao chất
lượng cuộc sống.
3.3. Nguyên lý hoạt động chung
Sau khi xử lý sơ bộ nước thải sẽ được vào bể sinh học có sử dụng mang lọc MBR.
Tại đây nước thải sẽ được thấm xuyên qua vách màng vào ống mao dẫn nhờ những lỗ
cực nhỏ từ 0.01 - 0.2micromet. Màng chỉ cho các phân tử nước đi qua, còn các chất
hữu cơ, vô cơ sẽ được giữ lại trên bề mặt của màng. Nước sạch sẽ theo ống ra ngoài

bể chứa nhờ bơm hút (theo kiểu gián đoạn: cứ 10 phút chạy thì 1 - 2 phút ngừng, tuỳ
theo hiệu chỉnh). Khi áp suất chân không vượt quá 50 kPa so với bình thường thì 2
bơm hút tự động ngắt, để bơm thứ 3 bơm rửa lọc ngược trở lại.
Ưu điểm
- Chất lượng nước đảm bảo và ổn định
- Giảm giá thành xây dụng nhờ không phải xây cụm lắng, lọc và khử trùng
- Không dùng hoá chất
- Tiết kiệm quỹ đất
- Tiêu thụ điện năng ít
- Vận hành, bảo trì, bảo dưỡng thuận tiện
17
Hình 3.1. Nguyên lý hoạt động
Trước mắt phương pháp dùng bể sinh học màng MBR đã giúp chúng ta giải quyết
được bài toán kinh tế mà vẫn cho hiệu quả cao. Vì thế phương pháp này có thể thay thế
hoàn toàn phương pháp truyền thống rất tốn kém trước kia.
3.4. Một số ví dụ
3.4.1. Xử lý nước thải sinh hoạt
Ở nước ta hiện nay việc xử lý chất thải từ các nhà vệ sinh thông thường được thông
qua hệ thống bể phốt, tuy có đạt được một số kết quả nhất định, song nhìn chung hệ
thống xử lý này còn rất nhiều tồn tại như còn khoảng từ 60-70 cặn bã không phân hủy
được, hàm lượng các kim loại nặng và chất BOD còn ở mức cao (lớn hơn 50 mg) và
nhiều chất độc hại khác phải thải ra môi trường.
Thiết bị Johkasou gồm phần vỏ được chế tạo bằng vật liệu Dicyclopentadiene–
Polymer hoặc nhựa Composite kết hợp sợi hóa học, một máy bơm và 5 bể lọc khí, 2 bể
lọc màng sinh học – vi sinh hiếm 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, tối ưu nhằm đem lại cho
chúng ta sự đơn giản trong lắp đặt và sử dụng.
18
Hình 3.2: Bể lọc Johkasou Hình 3.3: Cấu tạo của bể lọc Johkasou
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 và nhà nghỉ nhằm mang lại cho mọi người được hưởng một bầu
không khí trong lành, góp phần bảo vệ tính bền vững cho môi trường thiên nhiên trong
khu vực và của cả cộng đồng.
Hiện ở Việt Nam đã có công trình ứng dụng hệ thống Johkasou là nhà No6 khu đô
thị mới Dịch Vọng do Công ty Cổ phần phát triển đô thị Từ Liêm làm chủ đầu tư. Với
thể tích 3.6 m
3
, công suất xử lý 2m
3
/ngày đêm phù hợp cho 10-15 người sinh hoạt
được đặt tại tầng 1.
Nguyên lý hoạt động của bể lọc:
- Sử dụng màng lọc khuẩn theo hướng không gian nhằm tăng bề mặt tiếp xúc
nước thải với các vi sinh vật đặc hiệu.
- Xử lý nước thải theo phương pháp sinh học, dùng các vi sinh vật kị khí và hiếu
khí phân huỷ cac chất hữu cơ trong nước thải. Johkasou là loại thiết bị thân
thiện với môi trường…
Ưu điểm khi sử dụng hệ thống Johkasou:
- Hệ thống gọn nhẹ, độ bền cao, sử dụng an toàn - theo tiêu chuẩn JIS của Nhật
Bản.
- Thể tích của hệ thống Johkasou chỉ bằng 70% thể tích của bể tự hoại cho cùng số
người sử dụng.
19
- Vị trí lắp đặt: bên ngoài toà nhà hoặc trong gara xe, được chôn ngầm dưới đất,
không tốn về diện tích.
- Lắp đặt dễ dàng, thời gian lắp đặt ngắn (2tuần).
- Bùn lắng được thu gom triệt để.
- Nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn Nhật Bản (cao hơn tiêu chuẩn TCVN 6772-2000).
- Chi phí xây dựng phù hợp.

3.4.2. Xử lý nước thải làng nghề chế biến lương thực
Các làng nghề thủ công truyền thống là nét đặt trưng của nhiều vùng nông thôn
Việt Nam. Trong những năm qua, cùng với sự phát triển của kinh tế, xã hội, nhiều
ngành nghề thủ công truyền thống đã được khôi phục và phát triển khá mạnh. Tuy
nhiên sự phát triển của các làng nghề còn mang tính chất tự phát, tùy tiện, quy mô sản
xuất nhỏ bé, trang thiết bị còn lạc hậu. Tất cả những mặt hạn chế trên không chỉ ảnh
hưởng đến sự phát triển của các làng nghề mà còn ảnh hưởng nghiêm trọng đến chất
lượng môi trường làng nghề và sức khỏe cộng đồng.
Một trong các loại hình làng nghề phổ biến nhất ở nông thôn Việt Nam là làng
nghề chế biến lương thực (làm bún, miến, bánh đa, chế biến tinh bột). Sự ô nhiễm môi
trường nước tại các làng nghề này đang ở mức báo động, gây nhiều bức xúc cho xã
hội. Các chỉ tiêu cơ bản của nước thải như COD. BOD, TSS đều vượt quá tiêu chuẩn
cho phép nhiều lần.
Đặc điểm của nước thải làng nghề chế biến lương thực là thường chứa các tạp
chất hữu cơ ở dạng hòa tan hoặc lơ lửng, trong đó chủ yếu là các hợp chất hydrat
cácbon như tinh bột, đường, các loại axit hữu cơ (lactic) có khả năng phân hủy sinh
học. Tỷ số BOD/COD trong khoảng từ 0,5 đến 0,7 nên chúng thích hợp với phương
pháp xử lý sinh học.
Sơ đồ thí nghiệm
Nước thải của quá trình sản xuất bún, miến hoặc tinh chế tinh bột sắn được lắng
gạn sơ bộ ở bể lắng (1) trước khi đưa vào bể chứa (2) sau đó nước thải được bơm vào
cột lọc kị khí (3) theo chiều từ dưới lên với lưu lượng dòng được khống chế nhờ máy
bơm (9) và ống chia dòng (8). Ở đây nước thải sẽ từ từ dâng lên ngập lớp vật liệu lọc
(5) và tiếp xúc với lớp vật liệu lọc mang vi sinh vật kị khí, các tạp chất hữu cơ có trong
20
nước thải sẽ bị phân hủy, phần bùn cặn được lắng xuống đáy cột và có thể lấy ra qua
van (10) khi cần thiết; phần nước thải trong tiếp tục chảy tự nhiên qua cột lọc hiếu khí
(6) từ phía dưới lên theo nguyên tắc bình thông nhau. Ở đây nước thải được trộn với
dòng không khí thổi cùng chiều từ dưới lên bởi máy thổi khí (11) qua dàn phân phối
khí (7). Khi đó quá trình phân hủy sinh học hiếu khí các tạp chất hữu cơ xảy ra, phần

bùn được lắng xuống đáy cột; phần nước thải lại được lắng cặn một lần nữa nhờ máng
lắng cặn (4) trước khi chảy ra khỏi cột hiếu khí.
Nước thải sau khi đi qua cả 2 cột lọc kị khí và hiếu khí sẽ được lấy ra nhờ van
(13) để kiểm tra các chỉ tiêu cơ bản. Nếu chưa đạt các chỉ tiêu cho phép của nước thải
công nghiệp theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5945 - 1995) thì lại cho chảy tuần hoàn
trở lại qua 2 cột lọc kị khí và hiếu khí như trên cho đến khi đạt tiêu chuẩn cho phép về
nước thải công nghiệp.
Hình 3.4: Sơ đồ hệ thống xử lý bằng phương pháp lọc sinh học ngập nước
Bằng phương pháp này có thể xử lý các loại nước thải của làng nghề chế biến
lương thực đạt tiêu chuẩn Việt Nam về nước thải công nghiệp và được phép chảy vào
dòng chảy chung (TCVN 5945 - 1995) trong khoảng thời gian tương đối ngắn: khoảng
một ngày đêm (24h).
4. TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Membrane Filtration Handbook Practical Tips and Hints, Jorgen Wagner, B.Sc.
Chem. Eng, Second Edition, Revision 2, November 2001.
21
2. Membrane Filtration Guidance Manual, United States Environmental Protection
Agency, November 2005.
3. Basic Principles of Membrane Technology, Marcel Mulder,
4. www.jks-hactra.com.vn
5.
6. Nguyễn Đình Bảng, Lê Thị Thanh Thúy. Động học quá trình phân hủy sinh học
các tạp chất hữu cơ trong nước thải của công nghệ sản xuất bia trên thiết bị lọc
sinh học ngập nước, Tạp chí khoa học Đại học Quốc gia Hà Nội, KHTN và CN.
Tập XXII, số 3A. PT, trang 6 –11, (2006).
7. Tom Stephenson, Simon Juid… Membrane Bioreactors for wastewater
treatment, IWA. Publishing, London, UK, (2001).
8. R. E. McKinney. Biological Treatment systems For Refinery wastes, JwPCF,
V.39, P.348-359, (1967).
9. He Y Etat. High concentration food production wastewater treatment by an

anaerobic membrane bioreactor water research, 39, 4110 – 4118, (2005).
22