Ứng dụng màng lọc sinh học trong công nghệ xử lý nước

Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014

104

ỨNG DỤNG MÀNG LỌC SINH HỌC TRONG
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC
ThS. Trần Thị Tuyết Trinh
Khoa Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung
Tóm tắt: Nước sạch và ô nhiễm môi trường luôn luôn là vấn đề trọng tâm trong
sự phát triển kinh tế xã hội. Diễn biến phức tạp của khí hậu, sự phân bố lại
nguồn nước, khan hiếm nguồn nước và đặc biệt tình trạng ô nhiễm nguồn nước
kéo theo hàng loạt hệ quả nghiêm trọng tới sức khỏe và chất lượng cuộc sống
con người. Song song với quy hoạch và quản lý tốt nguồn nước, cải tiến công
nghệ xử lý nước không những cấp thiết để đảm bảo phát triển bền vững mà còn
mở ra những tầm nhìn mới trong công nghệ nước tinh khiết, tái sử dụng nước và
bảo vệ môi trường. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ, màng
lọc sinh học có thể loại bỏ chất ô nhiễm và vi sinh vật rất triệt để nên hiện nay
được xem là công nghệ triển vọng nhất để xử lý cấp cũng như nước thải.
Từ khóa: Màn lọc sinh học, xử lý nước, MBR.

1. Nội dung
Bể lọc sinh học bằng màng – MBR
là viết tắt cụm từ Membrance Bio Reator
trong đó màng lọc sinh học là vật liệu có

cấu tạo dạng sợi rỗng liên kết với nhau,
giống như một màng lọc với các lỗ lọc
rất nhỏ mà vi sinh vật không có khả
năng xuyên qua.

Mặt cắt ngang

Bề mặt
Hình 1. Mặt cắt màng lọc
Tùy thuộc vào kích thước của lỗ
nano (Nanofiltration – NF), siêu lọc
màng và phương pháp lọc có các loại
(Ultrafiltration – UF), lọc tinh
màng lọc đó là màng lọc thẩm thấu
(Microfiltration – MF).
ngược (Reverse Osmosis – RO), lọc

Hình 2. Các loại lọc sinh học xử lý nước


Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014

105

Bảng1. Đặc điểm xử lý của các loại màng lọc sinh học
TT

Tên

Kích thước
lỗ rỗng (µm)

Áp suất làm
việc (bar)

1

MF

0,1 – 1,0

1 – 8,6

2

UF

0,01 – 0,1

4,8 – 13,8

3

NF

0,01 – 0,001

6,9 – 41,4

4

RO

< 0,001

27,6 – 68,9

Phương pháp lọc màng cho hiệu
quả xử lý nước rất cao. Chất lượng nước
sau xử lý BOD < 2.0mg/L; TSS < 2.0
mg/L; NH3-N < 1.0mg/L; tổng
Phosphorus < 0.1mg/L; tổng Nitrogen <
3-10mg/L; giảm Coliform > 5-6log;
giảm Virus < 4log.
Màng lọc sử dụng trong thực tế
thường được ghép thành từng đơn vị lọc
gọi là mô đun lọc đảm bảo hai yêu cầu:
Thứ nhất là cường độ tuần hoàn của
nước trên bề mặt màng lọc để loại trừ
hiện tượng phân cực nồng độ; Thứ hai
là tạo ra diện tích tiếp xúc lớn nhất của
bề mặt màng với nước trong các thiết bị
nhỏ gọn, dễ lắp ghép, dễ vận chuyển và
dễ dàng làm sạch màng bằng hóa chất
hoặc dùng dòng nước rửa ngược. Trên
thị trường hiện nay phổ biến bốn loại
mô đun màng lọc như sau:
1.1. Mô đun tấm phẳng: Hình thành
bằng cách gắn màng lọc vào các tấm đỡ

Khả năng xử lý

Chi phí
sản xuất

Độ đục, chất lơ lửng, huyền

phù, chất keo, men, phân tử,
vi khuẩn hoặc chất rắn hòa
Thấp
tan có kích thước lớn hơn
kích thước lỗ rỗng
Như MF, ngoài ra còn giữ
được virut, proteins khối
Trung
lượng mol nhỏ, enzymes,
bình
carbohydrates
Như UF, ngoài ra còn giữ
được phân tử muối hóa trị
cao
thấp, các chất khoáng,
protein, gelatin
Gần như hoàn toàn, chỉ còn
Rất cao
nước nguyên chất
phẳng rồi xếp chồng lên nhau với
khoảng cách 0,5 – 3mm để đảm bảo
nước thấm qua màng khi chuyển động
giữa các khe với vận tốc đủ lớn để tránh
phân cực nồng độ.

Hình 3. Mô đun dạng tấm
1.2. Mô đun cuộn: Đặt tấm xốp mềm
giữa hai tấm màng phẳng, gắn kín ba
viền mép, viền thứ tư gắn với ống góp.
Bố trí nhiều cặp như vậy xếp chồng lên

nhau qua tấm đệm mềm sau đó cuộn lại
thành ống. Nước đem đi lọc đi vào khe
của tấm đệm với tốc độ đủ lớn, nước từ


Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014

khe thấm qua màng lọc tập trung vào tấm
rỗng thu gom về ống góp. Đường kính
mỗi cuộn đến 30cm, chiều dài đến 1,5m.
Mô đun này bố trí gọn, chắc và có tổn thất
áp lực thấp hơn loại mô đun dạng tấm.

106

1.3. Mô đun dạng ống: Màng lọc gắn
vào mặt trong ống đỡ làm bằng vật liệu
xốp hoặc ống khoan lỗ có đường kính
10 đến 40mm sau đó xếp các ống này
vào trong vỏ hình trụ. Khi lọc, chế độ
thủy lực đơn giản và vận tốc nước trên
bề mặt tiếp xúc của màng có thể lên
đến 6m/s, rất dễ dàng làm sạch nhưng
giá thành cao.

Hình 4. Mô đun dạng cuộn

Hình 5. Mô đun dạng ống
1.4. Mô đun dạng sợi rỗng: Bề mặt của
sợi rỗng chính là màng lọc đường kính

của sợi từ vài micron đến vài milimet.
Góp các sợi lại thành một bó. Nước lọc đi
qua màng có thể từ ngoài vào hoặc từ
trong ra tùy thuộc vào cách gắn các đầu
bó sợi. Cách gắn này tạo ra bề mặt lọc
nước rất lớn từ vài nghìn m2/m3 không
gian. Màng lọc dạng sợi đang sử dụng
phổ biến trong công nghệ xử lý nước thải.

Hình 6. Mô đun dạng sợi rỗng

Để kéo dài tuổi thọ cho màng, cần
làm sạch màng vào cuối hạn dùng.
Chọn cách rửa màng tối ưu tùy thuộc
vào loại nước đầu vào. Thời điểm rửa
màng xác định dựa theo đồng hồ đo áp
lực. Cách đơn giản là dùng khí thổi từ
dưới lên sao cho bọt khí đi vào trong
ruột màng chui theo lổ rỗng ra ngoài,
đẩy cặn bám ra khỏi màng. Hoặc làm
sạch bằng cách ngâm màng trong dung
dịch hóa chất.
Trong công nghệ xử lý nước thải,
bể lọc sinh học bằng màng thường được
sử dụng kết hợp với công trình xử lý
sinh học bậc hai, màng lọc thực hiện
tách hết sinh khối có trong nước thải sau
quá trình xử lý, quá trình lọc được thực
hiện nhờ có áp lực cần thiết. Nhờ sử

Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014

dụng màng, các cặn bẩn được giữ lại
trong bể lọc, nước sau xử lý có thể đưa

107

sang công đoạn tiếp theo hoặc xả bỏ
hoặc có thể tái sử dụng được ngay.

Hình 7. Quy trình xử lý nước thải bằng MBR
Công nghệ xử lý nước bằng màng
lọc không chỉ áp dụng trong xử lý nước
thải mà còn sử dụng rất rộng rãi trong
quy trình xử lý nước cấp, khử muối,...
Quy mô công suất không chỉ dừng lại ở
quy mô nhỏ cho hộ gia đình mà nó còn
có khả năng xử lý nước thải với công
suất trung bình và lớn.

Hình 8. Trạm xử lý nước cấp sử dụng
công nghệ lọc Nano

Hình 9. Máy lọc nước RO dùng cho hộ gia đình
Công nghệ MBR đảm bảo sự ổn
Tính ưu việt của màng đã được
định của chất lượng nước sau xử lý, đáp
kiểm chứng qua nhiều công trình ứng
ứng được tiêu chuẩn rất khắc khe về

dụng khác nhau với phạm vi ứng dụng
chất lượng nước đầu ra. Nhờ vào hiệu
rộng. Thiết kế dạng mô đun rất hiệu quả
suất khử chất lơ lửng và vi sinh cấp độ
và hệ thống giảm thiểu được sự tắc
cao, nước sau xử lý có thể được tái sử
nghẽn. Màng được chế tạo bằng phương
dụng ngay cho các tòa nhà hay nhà máy
pháp kéo đặc biệt nên rất chắc, sẽ không
nước tuần hoàn. Có thể được thiết kế để
bị đứt do tác động bởi dòng khí xáo trộn
ứng dụng cho nhiều lĩnh vực với những
mạnh trong bể sục khí. Thân màng được
đặc thù riêng và đòi hỏi chất lượng nước
phủ một lớp polymer thấm nước thuộc
sau xử lý luôn ổn định.
nhóm hydroxyl. Vì vậy, màng không bị


Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014

hư khi dùng chlorine để tẩy rửa màng
vào cuối hạn dùng.
Đánh giá về mặt kinh tế có thể
thấy nổi bật những ưu điểm đó là giảm
giá thành xây dựng nhờ không cần bể
lắng, bể lọc và khử trùng, tiêu thụ điện
năng của công nghệ MBR rất ít so với
các công nghệ khác và đã được cấp
bằng chứng nhận “Công nghệ Môi

trường Mới”. Phí thải bùn cũng giảm
nhờ tuần hoàn hết ¼ và lượng bùn dư
tạo ra rất nhỏ.
Ngoài ra quy trình vận hành và
bảo trì đơn giản. Kiểm soát quy trình
chỉ cần đồng hồ áp lực hoặc lưu lượng.
Cấu tạo gồm những hộp lọc đơn ghép
lại nên thay thế rất dễ. Quá trình làm
sạch, sửa chữa, bảo trì và kiểm tra rất
thuận tiện. Quy trình có thể được kết
nối giữa công trình với văn phòng sử
dụng, vì thế có thể điều khiển kiểm

108

soát vận hành từ xa, thậm chí thông
qua mạng internet.
Công nghệ xử lý nước bằng màng
sinh học hiện được sử dụng rộng rãi ở các
nước phát triển để xử lý nước thải, tái sử
dụng nước, và dùng để khử muối khi
khan hiếm nguồn nước cấp. Đối với các
nước đang phát triển, phạm vi áp dụng
chỉ mới phổ biến ở quy mô công suất
nhỏ, thường dùng để xử lý nước cấp cho
các hộ gia đình, giá thành giá thành công
nghệ không rẻ. Tuy nhiên ứng dụng của
màng lọc sinh học trong công nghệ xử lý
nước mang lại hiệu quả xử lý rất cao, là
giải pháp vô cùng hữu hiệu trong công

nghệ nước sạch và tái sử dụng nước. Nếu
quy hoạch nguồn nước cấp, nước thải tốt,
xử lý nước tập trung thì chi phí xử lý
nước sẽ giảm so với xử lý nước không
tập trung, việc áp dụng công nghệ này là
hoàn toàn trong tầm tay.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Lều Thọ Bách, D.Xanhtoulis, Wang Chengduan, Hans Brix. 2010. Xử lý nước thải chi
phí thấp, NXB Xây Dựng.
[2] Hoàng Huệ. 1996. Xử lý nước thải, NXB Xây Dựng Hà Nội.
[3] Trịnh Xuân Lai. 1999. Tính toán thiết kế các công trình trong hệ thống cấp nước sạch,
NXB Khoa học và Kỹ thuật.
[4] Nguyễn Văn Phước. 2007. Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng
phương pháp sinh học, NXB Xây Dựng Hà Nội.
[5] Metcalf & Eddy. 1991. Waste water engineeringTreating, Disposal, Reuse, McGraw-Hill.
[6] Nicholas P. Cheremisinoff, Ph.D. 1996. Biotechnology for waste and wastewater
treatment, Noyes Publications, Westwood, New jersey, U.S.A.
[7] Robert A. Corbitt. second edition. 2004. Standard of environmental engineering, Mc
Gaw Hill.
[8] Udo Wiesmann, In Su Choi, Eva-Maria Dombrowski. 2007. Fundamentals of Biological
Wastewater Treatment.
[9] Tom Stephenson, Simon Judd, Bruce Jefferson and Keith Brindle. 2006. Membrance
bioreactors for wastewater treatment, Iwa publishing.
[10] H.T. El-Dessouky and H.M. Ettoune. 2002. Fundamentals of Salt Water Desalination,
Elsevier Science BV.
[11] Joseph Cotruvo, Nikolay Voutchkov, John Fawell, Pierre Payment, David Cunliffe and
Sabine Lattemann. 2010. Desalination technology health and environmental impacts, Iwa
publishing.