Sử dụng công nghệ màng sinh học để xử lý ô nhiễm

Sử dụng công nghệ màng sinh học để xử lý ô nhiễm,
cải thiện chất lượng nước sông - hồ tại Việt Nam
TS. Nguyễn Đức Toàn; ThS. Phạm Tiến Nhất
Trung tâm Tư vấn và Công nghệ Môi trường
Thời gian qua, quá trình công nghiệp hóa, đô thị hóa phát triển với tốc độ nhanh, trong bối cảnh cơ sở
hạ tầng về môi trường chưa được đầu tư tương xứng cũng như ý thức người dân về công tác bảo vệ môi
trường còn yếu, là nguyên nhân của tình trạng ô nhiễm môi trường nước sông, hồ ngày càng nghiêm
trọng, các sông, hồ đang mất dần chức năng vốn có, đặc biệt là các sông, hồ tại các đô thị.
Đứng trước yêu cầu thực tiễn, nhằm phục hồi chức năng cho các sông, hồ đô thị, gắn kết hệ sinh thái hồ
và hệ sinh thái đô thị, Trung tâm Tư vấn và Công nghệ môi trường đã xây dựng và thực hiện Dự án “Xây
dựng mô hình di động thí điểm sử dụng công nghệ màng sinh học nhằm xử lý nước sông, hồ tại Việt
Nam”.
Nguyên tắc xử lý nước sông, hồ ô nhiễm bằng công nghệ màng sinh học (MBR)
Nước sông bị ô nhiễm được bơm lên thiết bị xử lý và trải qua các công đoạn sau:
- Trước khi vào hệ thống, nước được đưa qua song chắn rác thô nhằm giữ lại các loại rác có kích thước
lớn như: Bao ni-lông, nhánh cây, vỏ nắp chai, tóc và các vật chất khác có kích thước lớn hơn 1.5mm.
Nước sau khi tách rác được đưa vào bể tách dầu mỡ nhằm loại bỏ dầu mỡ để giảm hàm lượng dầu
xuống dưới 3mg/l cho dầu khoáng và 50 mg/l cho dầu mỡ động thực vật.
- Sau đó, nước đi qua các bể:
· Bể thiếu khí (Anoxic) nhằm phân hủy hợp chất hữu cơ và đề Nitrat hóa (khử Nitrat) trong điều kiện
thiếu khí.
· Bể hiếu khí (Oxic): diễn ra quá trình phân hủy hợp chất hữu cơ và quá trình Nitrat hóa trong điều kiện
cấp khí nhân tạo.
Quá trình Nitrat hóa là quá trình ôxy hóa các hợp chất chứa nitơ, đầu tiên là ammonia thành Nitrit sau
đó, ôxy hóa Nitrit thành Nitrat. Quá trình Nitrat hóa ammonia diễn ra theo 2 bước liên quan đến 2 loại vi
sinh vật tự dưỡng Nitrosomonas và Nitrobacter

Bước 1: Ammonium chuyển thành Nitrit được thực hiện bởi Nitrosomonas:
NH4+ + 1.5 O2 ? NO2- + 2 H + H2O

(1)

Bước 2: Nitrit được chuyển thành Nitrat được thực hiện bởi loài Nitrobacter:
NO2- + 0.5 O2 ? NO3-

(2)


Trong bể Anoxic, quá trình khử Nitrat sẽ diễn ra theo phản ứng (3)
NO3-

N2

(3)

Sau khi nước qua hai bể trên, các chất hữu cơ, Nitơ và Phốtpho sẽ được loại bỏ. Tại bể thiếu khí có lắp
đặt cánh khuấy để tạo ra sự xáo trộn trong bể giúp bọt khí N2 (từ quá trình khử Nitrat) dễ dàng thoát lên
khỏi mặt nước.
- Giai đoạn tiếp theo, nước được đưa vào bể lọc màng. Màng lọc được lắp đặt thành môđun với kích
thước lỗ lọc là 0,2 - 0,5 m. Tại bể lọc màng diễn ra quá trình phân tách giữa nước sạch và hỗn hợp bùn
hoạt tính, các chất rắn lơ lửng và vi sinh vật. Phần nước sạch bên trong lõi di chuyển đến các ống dẫn và
được bơm hút qua bể chứa nước sạch, ổn định nước trước khi xả ra ngoài.
Trong bể lọc màng có bố trí hệ thống sục khí đặt dưới đáy bể để tạo ra sự xáo trộn, tách rời lớp bông bùn
bám trên sợi lọc và tránh làm tắc nghẽn màng (mặc dù, quá trình màng hoạt động theo chế độ lọc gián
đoạn và được sục khí liên tục, bề mặt màng vẫn bị bám bẩn bởi bùn hoạt tính hoặc chất rắn lơ lửng sau
một thời gian hoạt động nhất định). Khi bị bám bẩn, áp lực qua màng sẽ tăng lên, dẫn đến lưu lượng
nước xử lý giảm nếu áp suất lọc vẫn duy trì không đổi. Để khôi phục hiệu suất xử lý cần thực hiện rửa
ngược màng. Nước sạch hoặc nước sau xử lý sẽ được bơm ngược lại môđun màng, khi đi qua sợi lọc,
nước sẽ đi từ trong ra ngoài và đẩy các vật liệu bám trên bề mặt màng. Cường độ rửa là cường độ cao 40
lít/m2/h trong vòng 3 phút. Thông thường các sợi lọc sau khoảng thời gian vận hành từ 1 - 2 tuần, sẽ
được rửa ngược bằng nước sạch. Ngoài ra, hàng năm sẽ tiến hành rửa màng lọc bằng dung dịch hóa chất

NaOCl một lần.
Hỗn hợp bùn và nước trong bể lọc màng sẽ được bơm tuần hoàn trở lại bể thiếu khí (Anoxic) để thực
hiện quá trình khử Nitrat.
Bùn dư từ bể sinh học hiếu khí và bể lọc màng sẽ được đưa về bể tự hoại để tiếp tục phân hủy và giảm
thể tích bùn. Bùn được hút định kỳ bằng đơn vị có chức năng vận chuyển và xử lý chất thải rắn sinh hoạt.
Ưu điểm nổi bật của công nghệ MBR
So với công nghệ khác cũng như xét đến sự phù hợp với đặc điểm sông hồ của Việt Nam, đặc biệt là hồ
đô thị, việc sử dụng công nghệ MBR di động có những ưu điểm nổi bật sau:
- Không cần xây dựng bể lắng, bể chứa bùn… Do vậy, chi phí xây dựng sẽ giảm đi. Diện tích, kích thước
mô hình nhỏ, gọn, đáp ứng tốt cho những khu vực có diện tích bé, đặc biệt là những địa điểm trong
thành phố.
- Tốc độ xử lý cao mà không cần có các bể phụ trợ như lắng 1, lắng 2, phản ứng, xử lý và ổn định bùn.
- Hiệu quả xử lý ổn định do không cần có các công đoạn tái sinh bùn, tuần hoàn bùn hoạt tính. Do vậy,
không làm ảnh hưởng nhiều tới số lượng cũng như chất lượng của hệ vi sinh vật trong bùn hoạt tính.


- Chất lượng nước ra không phụ thuộc vào hiệu quả của quá trình lắng, cũng như tốc độ lắng của bông
cặn bùn hoạt tính. Trong thực tế, hoạt động của bể lắng 2 thường hay bị mất ổn định, phụ thuộc rất
nhiều vào tay nghề cũng như chế độ vận hành của con người.
- Bùn dư sinh ít, do vậy làm giảm chi phí nhân công trong việc xử lý bùn.
- Khối tích xây dựng nhỏ, có thể xây dựng thành những môđun có kích thước lớn nhỏ tùy ý. Do vậy dễ
dàng chế tạo thành những mô hình di động, hoăc bố trí tại những nơi có diện tích chật hẹp.
- Không cần dùng hóa chất xử lý nước thải, chi phí xử lý sẽ rất thấp. Dự kiến nếu xử lý nước sông hồ bị ô
nhiễm, chi phí xử lý dự tính khoảng 1.200 - 1.300 đồng/m3 nước thải.
- Mô hình sử dụng công nghệ MBR có thể di động được, do vậy đặc biệt thích hợp khi cần xử lý khẩn cấp
tại những điểm ô nhiễm nghiêm trọng, có thể làm sạch hoặc tăng cường sự làm sạch nguồn nước cho
nhiều sông, hồ trên một địa bàn rộng .
- Một điểm nổi bật của giải pháp công nghệ này là quá trình tác động từ từ đến hệ sinh thái sông, hồ,
đảm bảo hệ sinh thái không bị xáo trộn, phù hợp để xử lý các sông, hồ có hệ sinh thái nhạy cảm, cần
được bảo vệ (như hồ Hoàn Kiếm, Hà Nội).

Ứng dụng công nghệ MBR xử lý nước hồ ô nhiễm tại hồ Biển Bạch, TP Ninh Bình
Hồ Biển Bạch thuộc phường Vân Giang, thành phố Ninh Bình, có chức năng điều tiết nước mưa, tiếp
nhận một phần nước thải cho khu vực thành phố Ninh Bình. Hồ Biển Bạch có chung đặc điểm với các hồ
đô thị khác là đang trong tình trạng quá tải và lão hóa do không được cải tạo, không có cơ sở hạ tầng môi
trường xung quanh và hàng ngày phải tiếp nhận chất thải từ khu vực dân cư quanh hồ.
Hiện nay, hồ Biển Bạch phải tiếp nhận 200 m3 nước thải sinh hoạt (một phần được xử lý sơ bộ bằng bể
tự hoại) của khoảng 1.600 dân thuộc các tổ 12, 13, 14 của phường Vân Giang. Tình trạng ô nhiễm môi
trường tại hồ Biển Bạch cũng đang ở mức báo động, theo kết quả quan trắc, giám sát chất lượng môi
trường nước từ năm 2005 - 2010 của Sở Tài nguyên và Môi trường Ninh Bình một số chỉ tiêu như BOD5,
COD, NH4+, Coliform đều cao gấp từ 1,75 - 2,36 lần (theo QCVN 08:2008/BTNMT là Quy chuẩn kỹ thuật
quốc gia về chất lượng nước mặt (loại B1 - nguồn nước mặt có thể sử dụng mục đích nông nghiệp, nuôi
trồng thủy sản)).
Tháng 10/2011, Trung tâm Tư vấn và Công nghệ Môi trường đã đưa môđun xử lý nước ô nhiễm vào lắp
đặt và vận hành thử nghiệm tại hồ Biển Bạch, qua quá trình vận hành thử nghiệm, lấy mẫu phân tích
chất lượng nước đầu ra cho thấy, các chỉ tiêu như BOD5, COD, NH3, Coliform đều đạt QCVN 08:
2008/BTNMT loại A.
Trong thời gian tới, sau khi hoàn thành việc giảm thiểu ô nhiễm chất lượng nước hồ Biển Bạch, UBND TP.
Ninh Bình sẽ chuyển môđun xử lý ô nhiễm tại các hồ khác.
Kết luận:


Mô hình xử lý nước sông, hồ ô nhiễm bằng hệ thống môđun di động sử dụng công nghệ MBR, là công
nghệ tiên tiến, hiệu quả xử lý cao, nhằm cải thiện chất lượng nước sông, hồ bị ô nhiễm, tăng cường khả
năng làm sạch và không làm xáo trộn hệ sinh thái. Đặc biệt với khả năng di động, công nghệ này có thể
giúp xử lý các điểm nóng ô nhiễm của địa phương trong điều kiện mặt bằng và cơ sở hạ tầng quanh hồ
không cho phép