Nghiên cứu xử lý bậc cao nước thải công nghiệp bằng công nghệ bể sinh học màng khí nâng airlift membrane bioreactor theo hướng tái sử dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

PHAN BÁ BÌNH

NGHIÊN CỨU XỬ LÝ BẬC CAO NƯỚC THẢI CƠNG
NGHIỆP BẰNG CƠNG NGHỆ BỂ SINH HỌC MÀNG
KHÍ NÂNG AIRLIFT MEMBRANE BIOREACTOR
THEO HƯỚNG TÁI SỬ DỤNG
Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, Tháng 07 Năm 2011


CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH
KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH
----------------oOo--------------Cán bộ hướng dẫn khoa học : PGS. TS Nguyễn Phước Dân

TS. Bùi Xuân Thành

Cán bộ chấm nhận xét 1:

TS. Lê Hoàng Nghiêm

Cán bộ chấm nhận xét 2:

TS. Mai Tuấn Anh

LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐƯỢC BẢO VỆ TẠI HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ

LUẬN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP. HỒ CHÍ MINH
Ngày 15 Tháng 07 Năm 2011
(Tài liệu này có thể tham khảo tại thư viện Khoa Môi trường – ĐH Bách Khoa
TP.HCM)


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
----------------

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHIÃ VIỆT NAM
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
---oOo--Tp. HCM, ngày 15 tháng 07 năm 2011

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ và tên học viên: Phan Bá Bình

Giới tính: Nam

Ngày, tháng, năm sinh: 13 – 09 – 1986

Nơi sinh: Nghệ An

Chuyên ngành: Công Nghệ Môi Trường

MSHV: 09250494

Khoá (Năm trúng tuyển): 2009
1- TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CÔNG NGHIỆP BẰNG
CÔNG NGHỆ MÀNG LỌC SINH HỌC KHÍ NÂNG AIRLIFT

MEMBRANE BIOREACTOR THEO HƯỚNG TÁI SỬ
DỤNG
2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN:
- Khảo sát khả năng xử lý nước thải công nghiệp ứng dụng công nghệ màng lọc
sinh học khí nâng (AMBR)
-

Khảo sát đặc tính bẩn màng (membrane fouling) của hệ thống AMBR

-

Đánh giá khả năng tái sử dụng nước thải sau xử lý

3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: Ngày 14 Tháng 06 Năm 2010
4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: Ngày 15 Tháng 07 Năm 2011
5- CÁN BỘ HƯỚNG DẪN:
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 1

PGS.TS NGUYỄN PHƯỚC DÂN

KHOA QL CHUYÊN NGÀNH

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN 2

TS. BÙI XUÂN THÀNH

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN
QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH

LỜI CẢM ƠN

Trong suốt quá trình thực hiện luận văn, tôi thật sự biết ơn sự động viên và
giúp đỡ của gia đình, thầy cơ và bạn bè. Đặc biệt, tơi xin chân thành cảm ơn sự
hướng dẫn tận tình của thầy Bùi Xuân Thành và thầy Nguyễn Phước Dân từ khi đề
tài được thành lập đến giai đoạn kết thúc.
Tôi xin chân thành gởi lời cảm ơn đến tất cả các thầy cô trong khoa Môi
Trường, Trường Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, những kiến thức được các
thầy cơ truyền đạt trong q trình học tập đã tạo nền tản cho tơi hồn thành tốt
luận văn này.
Tơi cũng xin cảm ơn sâu sắc sự hỗ trợ, giúp đỡ của các anh chị, bạn bè và các
em thực hiện luận văn tốt nghiệp trong phịng thí nghiệm khoa Mơi Trường trong
suốt q trình mơ hình nghiên cứu được hoạt động tại đây.
TP. Hồ Chí Minh, ngày 12 tháng 07 năm 2011

Phan Bá Bình


CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc

LỜI CAM ĐOAN

Họ và tên học viên: PHAN BÁ BÌNH

Phái: Nam

Ngày tháng năm sinh: 09 – 13 – 1986

Nơi sinh: Nghệ An

Chuyên ngành: Công Nghệ Môi Trường

MSHV: 09250494

Tên đề tài: NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI CƠNG NGHIỆP BẰNG
CƠNG NGHỆ MÀNG LỌC SINH HỌC KHÍ NÂNG AIRLIFT
MEMBRANE BIOREACTOR THEO HƯỚNG TÁI SỬ DỤNG
Giảng viên hướng dẫn: TS. BÙI XN THÀNH
Tơi xin cam đoan tồn bộ luận văn là do q trình nghiên cứu của tơi tại phịng thí
nghiệm khoa Mơi Trường, Trường Đại Học Bách Khoa TP.HCM. Những kết quả
và số liệu trong khóa luận chưa được ai cơng bố dưới bất kì hình thức nào. Tơi hồn
tồn chịu trách nhiệm trước nhà Trường về sự cam đoan này.

TP.HCM, Ngày

Tháng

Phan Bá Bình

Năm 2011


TĨM TẮT
Nước thả

ệp ở Việ

ồng độ ơ nhiễm cao do đó việc ứng dụng cơng nghệ bùn hoạt tính thơng
thường (CAS) để xử lý đạt hiệu quả

. So vớ
ọc sinh họ

(A-MBR) có nhiều ưu

điểm hơn như hiệu quả xử

, tiết

kiệm diện tích. Nghiên cứu này ứng dụng cơng nghệ màng A-MBR với module màng
dạng ống (kích thước lỗ màng 0.05 µm

ệ

ạ
(KCN LMX). Nuớc thải KCN có nồng độ đầu
vào cao và dao động lớn: COD = 498 ± 294 mg/L, SS = 61 ± 36 mg/L, TKN = 42 ± 16 mg/L.
Trong nghiên cứu này, với thời gian lưu bùn (SRT) như nhau (40 ngày), hệ thống
AMBR được v

ba tải trọng chất hữu cơ (OLR) khác nhau (1.8, 5.7 và 4.1 kg

COD/m3.ngày, tương ứng với ba thời gian lưu nước khác nhau (4.2, 3.1 và 2.6 giờ).
Kết quả cho thấy hiệu quả xử

90 – 98 % được ghi nhận ở tải trọng 5.7 kg

COD/m3.ngày. Nồng độ COD đầ
100%. Hiệu quả xử

50 mg/L. Hiệu quả xử lý SS là
95 %. Quá trình bẩn màng của hệ thống AMBR

diễn ra chậm. Nước thải. Kết quả nghiên cứu cho thấy rằng việc ứng dụng AMBR để
xử lý nước thải công nghiệp cho mục đích tái sử dụng là có tính khả thi cao.


ABSTRACT
Wastewater of industrial parks in Viet Nam is complex and toxicity so that the
application of conventional activated sludge (CAS) for treatment is not high efficiency.
Compared with conventional wastewater treatment processes, airlift membrane
bioreactors (AMBR) offer several advantages, e.g. high biodegradation efficiency,
higher nitrification, smaller sludge production and less footprint. This research has
applied the AMBR process with tubular membrane module (pore size 0.05 µm) for
treating industrial wastewater of Le Minh Xuan industrial park. The concentration of
feed water was high: COD 498 ± 294 mg/L, SS 61 ± 36 mg/L, TKN 42 ± 16 mg/L. In
this study, for the same sludge retention time (40 days), AMBR was operated in three
organic load (1.8, 5.7 kg and 4.1 COD/m3 per day), corresponding to three hydraulic
retention time (4.2 h, 3.1h and 2.6 h). The results showed that the treatment efficiency
of AMBR system was higher than CAS system. In the high organic loading rate (5.7 kg
COD/m3 per day), COD removal was high: 90 – 98 %. The COD of the permeat was
low (<50 mg/L). Suspended solids was not detected in AMBR permeate. Nitrification
efficiency was higher than 95 %. In AMBR, membrane fouling was slowly. The results
proclaim that the AMBR is becoming the attractive alternative wastewater treatment
technology for the water reuse objective in Viet Nam.


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải KCN Lê Minh Xuân
Hình 2.2 Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải KCN Nhơn Trạch
Hình 2.3 Màng cấu tạo hình ống
Hình 2.4 Màng dạng mao dẫn
Hình 2.5 Màng sợi rỗng
Hinh2.6 Màng dạng tấm cuộn trịn
Hình 2.7 Màng dạng khung
Hình 2.8 Phân loại màng lọc
Hình 2.9 Lọc đơn dịng và lọc dịng ngang
Hình 2.10 Mối tương quan giữa áp suất qua màng và thơng lượng dịng
Hình 2.11 Hình dạng của MBR
Hình 2.12 Những thuận lợi và bất lợi của việc đặt ngập và đặt màng ngoài bể phản ứng
Hình 2.13 Cơ chế nghẹt màng
Hình 2.14 Mối tương quan giữa thời gian lọc (t/V) và thể tích lọc (V)
Hình 2.15 Hình ảnh của màng lúc đầu và sau khi bị tắc nghẽn


Hình 3.1 : Các giai đoạn vận hành nghiên cứu
Hình 3.2: Mơ hình hệ thống màng lọc A-MBR tại KCN Lê Minh Xuân
Hình 3.3 Hệ thống AMBR
Hình 3.4 Module màng
Hình 3.5 Quy trình lọc của hệ thống A-MBR
Hình 3.6 Quy trình rửa ngược của hệ thống A-MBR
Hình 4.1 Sự thay đổi hiệu quả xử lý COD theo thời gian vận hành
Hình 4.2 Mối tương quan giữa hiệu quả xử lý COD và tải trọng
Hình 4.3 Sự thay đổi hiệu quả xử lý BOD5 theo thời gian vận hành
Hình 4.4 Sự thay đổi hiệu quả xử lý độ màu theo thời gian vận hành
Hình 4.5 Sự thay đổi hiệu quả xử lý SS theo thời gian vận hành
Hình 4.6 Sự thay đổi hiệu quả xử lý độ đục theo thời gian vận hành
Hình 4.7 Sự thay đổi nồng độ TN theo thời gian vận hành

Hình 4.8 Sự thay đổi hiệu quả xử lý TKN theo thời gian vận hành
Hình 4.9 Mối tương quan giữa hiệu quả nitrate hóa và tải trọng
Hình 4.10 Sự thay đổi hiệu quả xử lý TP theo thời gian vận hành


Hình 4.11 Sự thay đổi nồng độ sinh khối theo thời gian vận hành
Hình 4.12 Giá trị tỷ số MLVSS/MLSS theo thời gian vận hành
Hình 4.13 Sự thay đổi giá trị pH theo thời gian vận hành
Hình 4.14 Mối liên hệ giữa thơng lượng và áp suất chuyển màng
Hình 4.15 Biến thiên của TMP theo thời gian ở thông lượng 30 và 45 L/m2.h


DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải công nghiệp
Bảng 2.2 Mức độ chất lượng nước yêu cầu
Bảng 2.3. Đối tượng tái sử dụng dựa trên chất lượng nước yêu cầu
Bảng 2.4. Yêu cầu chất lượng FC trong nuớc tái sử dụng
Bảng 2.5. Một số giới hạn đề xuất kim loại trong nước tái sử dụng
Bảng 2.6. Một số tiêu chuẩn chất lượng nước cho mục đích tái sử dụng
Bảng 2.7. Một số tiêu chuẩn nước tái sử dụng trong tưới tiêu và tái sử dụng cho mục
đích cơng nghiệp ở Florida
Bảng 2.8. Những thuận lợi và bất lợi của việc đặt ngập và đặt màng ngoài bể phản ứng
Bảng 2.9. Thành phần nguyên tử (%) của màng lúc đầu và sau khi bị tắc nghẽn
Bảng 3.1. Thành phần, tính chất nước thải sau bể lắng 1 của KCN Lê Minh Xuân
Bảng 3.2. Các thơng số kích thước của các thành phần chính trong mơ hình
Bảng 3.3. Chú thích mơ hình
Bảng 3.4. Các thơng số của màng Airlift
Bảng 3.5. Chế độ vận hành mô hình A-MBR

Bảng 3.6. Các hóa chất rửa màng
Bảng 3.7. Các thơng số vận hành khi rửa màng bằng NaOCl 400 ppm
Bảng 3.8. Các thông số vận hành khi rửa màng bằng Citric acid 1%
Bảng 3.9. Chỉ tiêu và vị trí lấy mẫu phân tích cho mẫu nước
Bảng 3.10. Các phương pháp phân tích chỉ tiêu
Bảng 4.1 Giá trị kim loại nặng ở 2 tải trọng khác nhau
Bảng 4.2 Tiêu chuẩn tái sử dụng theo mức độ chất lượng nước
Bảng 4.3 Tiêu chuẩn tái sử dụng cho tưới tiêu (CITAI) và tiêu chuẩn tái sử dụng cho
mục đích cơng nghiệp ở Florida
Bảng 4.4 So sánh hiệu quả xử lý của hệ thống AMBR và hệ thống CAS
Bảng 4.5 Sự thay đổi của áp suất chuyển màng theo các thông lượng khác nhau
Bảng 4.5 Các sự cố vận hành và phương án khắc phục


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
A-MBR

Airlift- Membrane Bioreator

A/O-MBR

Anoxic/Oxic – Membrane Bioreator

BOD

Biological Oxygen Deamand

COD

Chemical Oxygen Demand

DO

Dissolved Oxygen

EPS

Etracellular Polymeric Substances

GBF

Green Bioflocculant

HRT

Hydraulic Retention Time

MBR

Membrane Bioreator

MLSS

Mixed Liquor Suspended Solids

MLVSS

Mixed Liquor VolatileSuspended Solids

NILIM

National Institute for Land and Infrastructure Management

OUR

Oxygen Uptake Rate

PN

Protein

PS

Polysaccharides

SAM

Sequencing Anoxic/Anaerobic Membrane Bioreator

SC

Suspended Carriers

SMBR

Submerged Membrane Bioreator

SRT

Sludge Retention Time

SS

Suspended Solids

SOUR

Specific Oxygen Uptake Rate

SVI

Sludge Volume Index

TMP

Trans-membrane Pressure

TN

Total Nitrogen

USEPA

United States Environmental Protection Agency

UVA254

Ultraviolet Absorbance (at 254 nm)

VSMBR

Vertical Submerged Membrane Bioreator


MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC HÌNH
DANH MỤC CÁC BẢNG
Chƣơng 1: GIỚI THIỆU ............................................................................................... 1
1.1

Đặt vấn đề ........................................................................................................ 1

1.2

Mục tiêu và nội dung nghiên cứu.................................................................... 2

1.3

Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ................................................................... 2

1.3

Ý nghĩa của đề tài ............................................................................................ 3

Chƣơng 2: TỔNG QUAN.............................................................................................. 4
2.1

Giới thiệu chung về nƣớc thải công nghiệp .................................................... 4

2.1.1 Nguồn gốc nƣớc thải công nghiệp ................................................................... 4
2.1.2 Thành phần và tác hại nƣớc thải công nghiệp................................................ 4
2.1.3 Một số công nghệ xử lý nƣớc thải công nghiệp ............................................... 6
2.2

Tổng quan về tái sử dụng nƣớc thải ............................................................... 8

2.2.1 Giới thiệu ......................................................................................................... 8
2.2.2 Đối tƣợng sử dụng ........................................................................................... 8
2.2.3 Ứng dụng của nƣớc thải sử dụng .................................................................... 9
2.2.4 Một số yếu tố chất lƣợng cần quan tâm khi tái sử dụng nƣớc thải.............. 11
2.3

Tổng quan về màng ....................................................................................... 15

2.3.1 Giới thiệu về màng......................................................................................... 15
2.3.2 Phân loại màng .............................................................................................. 16
a. Dựa vào hình dáng và cấu trúc màng ........................................................... 17
b. Dựa vào kích thƣớc lỗ lọc .............................................................................. 18
c. Dựa vào nguồn gốc cấu tạo ............................................................................ 19
d. Dựa vào cách thức lọc ................................................................................... 20
e. Cấu trúc màng ............................................................................................... 21
2.3.3 Thông số vận hành màng .............................................................................. 21
2.4

Tổng quan về bể sinh học màng .................................................................... 22

2.4.1 Tổng quan ...................................................................................................... 22

2.4.2 Những thuận lợi và hạn chế của MBR.......................................................... 25
a. Thuận lợi ........................................................................................................ 25
b. Hạn chế ......................................................................................................... 30
2.4.3 Tổng quan về màng AMBR........................................................................... 30
2.5

Hiện tƣợng bẩn màng .................................................................................... 31

2.5.1 Định nghĩa...................................................................................................... 31
2.5.2 Cơ chế gây bẩn màng .................................................................................... 32
2.5.3 Các loại chất bẩn chính ................................................................................. 33
2.5.4 Chỉ số bẩn màng ............................................................................................ 33
2.5.5 Một số nghiên cứu về bẩn màng.................................................................... 34
2.5.6 Phƣơng pháp làm sạch màng ........................................................................ 36
2.5.7 Những yếu tố ảnh hƣởng đến quá trình bẩn màng ...................................... 37
Chƣơng 3: PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ............................................................. 40
3.1

Tổng quan phƣơng pháp nghiên cứu ........................................................... 40

3.1.1 Vật liệu nghiên cứu ....................................................................................... 41
3.1.2 Bùn ni cấy ban đầu .................................................................................... 41
3.2

Mơ hình nghiên cứu ...................................................................................... 41

3.2.1 Mơ hình hệ thống màng lọc A-MBR tại KCN Lê Minh Xuân .................... 41
3.2.2 Cấu tạo và tính chất module màng .............................................................. 44
3.2.3 Chế độ vận hành mơ hình .................................................................... 45

3.2.4 Mơ tả quy trình vận hành ............................................................................ 45
a. Quy trình lọc màng ....................................................................................... 46
b. Quy trình rửa ngƣợc .................................................................................... 47
c. Quy trình xả đáy ........................................................................................... 47
d. Quy trình xả khí ........................................................................................... 48
e. Quy trình rửa hóa chất ................................................................................. 49
3.3

Vận hành mơ hình ......................................................................................... 51

3.3.1 Kiểm sốt các yếu tố trong q trình vận hành ........................................... 51
a. Kiểm sốt lƣu lƣợng ...................................................................................... 51
b. Kiểm sốt q trình bẩn màng ..................................................................... 51
c. Kiểm soát các yếu tố khác ............................................................................. 51
3.4

Lấy mẫu và phân tích .................................................................................... 52


3.4.1 Tần suất lấy mẫu ........................................................................................... 52
3.4.2 Vị trí lấy mẫu ................................................................................................. 52
3.4.3 Phƣơng pháp lấy mẫu ................................................................................... 52
3.4.4 Phƣơng pháp phân tích mẫu ......................................................................... 53
CHƢƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN ............................................................... 56
4.1

Hiệu quả xử lý của AMBR qua các điều kiện vận hành khác nhau ............ 56

4.1.1 Hiệu quả xử lý chất hữu cơ ........................................................................... 56
a. COD ............................................................................................................... 56

b. BOD5 .............................................................................................................. 58
4.1.2 Độ màu .......................................................................................................... 59
4.1.3 Chất rắn lơ lửng và độ đục ........................................................................... 61
4.1.4 Đánh giá hiệu quả xử lý chất dinh dƣỡng .................................................... 63
a. Tổng Nitơ ....................................................................................................... 63
b. Tổng Photpho ................................................................................................ 66
4.1.5 Đánh giá nồng độ sinh khối ........................................................................... 67
4.1.6 Đánh giá diễn biến pH qua các giai đoạn thí nghiệm................................... 69
4.1.7 Loại bỏ kim loại nặng ................................................................................... 70
4.1.8 Loại bỏ tác nhân gây bệnh ............................................................................ 71
4.1.9 Đánh giá khả năng tái sử dụng ..................................................................... 71
4.2

So sánh hiệu quả xử lý của hệ thống AMBR và hệ thống CAS ................... 73

4.3

Đánh giá đặc tính bẩn màng ......................................................................... 74

4.3.1 Trở lực màng ................................................................................................. 74
4.3.2 Áp suất chuyển màng .................................................................................... 78
4.4

Các sự cố vận hành và phƣơng án khắc phục .............................................. 79

CHƢƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .............................................................. 81
5.1

Kết luận ......................................................................................................... 81

5.2

Kiến nghị ....................................................................................................... 82

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 84


1

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề
Hiện nay, ngành công nghiệp của nước ta đang phát triển mạnh, đặc biệt là
thành phố Hồ Chí Minh, kéo theo đó là nhiều khu cơng nghiệp lớn được xây dựng.
Nó giúp giải quyết công ăn việc làm cho rất nhiều lao động trong nước tuy nhiên nó
cũng phát sinh một vấn đề nổi cộm cần quan tâm. Đó chính là nước thải cơng
nghiệp được thải ra từ các nhà máy, phân xưởng sản xuất của các khu công nghiệp.
Trước đây vấn đề này ít được quan tâm, nước thải công nghiệp hầu như không qua
xử lý, đều được xả thẳng vào các nguồn nước tiếp nhận (sông, suối,…), hậu quả là
các nguồn nước này bị ô nhiễm nghiêm trọng, gây ảnh hưởng đến đời sống của
người dân khu vực xung quanh. Đồng thời nhu cầu về nguồn nước sạch đang ngày
càng trở nên cấp thiết cả về lượng lẫn về chất. Dân số gia tăng, các hoạt động sản
xuất không ngừng phát triển, bên cạnh việc sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên nước
ngọt hiện hữu cần phải tìm ra những nguồn nước thay thế, trong đó tái sử dụng
nước thải sau khi xử lý đã trở thành xu hướng mới.
Nguồn nước thải được tái sử dụng rất đa dạng, bao gồm: nước thải sinh hoạt,
nước thải từ các hoạt động sản xuất cơng nghiệp, nơng nghiệp,…trong đó, nước thải
cơng nghiệp là một trong những nguồn nước có lưu lương rất lớn nên việc tái sử
dụng nước thải từ nước thải công nghiệp là cần thiết.
Đề tài: “Nghiên cứu xử lý nước thải cơng nghiệp bằng cơng nghệ màng lọc
sinh học khí nâng Airlift Membrane Bioreator theo hướng tái sử dụng” được

thực hiện nhằm góp phần tìm ra giải pháp xử lý nước thải công nghiệp hiệu quả hơn
theo hướng tái sử dụng nước thải. Nước thải sau xử lý sẽ phục vu cho các mục đích
khác mang lại hiệu quả về kinh tế.

Nghiên cứu xử lý bậc cao nước thải công nghiệp bằng cơng nghệ bể sinh học màng
khí nâng Airlift Membrane Bioreactor theo hướng tái sử dụng


2

1.2 Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
1.2.1. Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ sinh học màng AMBR để xử lý bậc nước thải
công nghiệp theo định hướng tái sử dụng nước thải.
Khảo sát đặc tính bẩn màng (membrane fouling) của mơ hình AMBR tại các
tải trọng COD khác nhau.
1.2.2 Nội dung nghiên cứu
 Đánh giá khả năng xử lý COD, SS, độ đục, độ màu, TP, TN và kim loại nặng
của hệ thống AMBR ở 3 tải trọng hữu cơ khác nhau.
 Khảo sát và đánh giá đặc tính bẩn màng.
 So sánh và đánh giá kết quả đầu ra với các Quy chuẩn Việt Nam (QCVN 24:
2009/BTNMT), các hướng dẫn tiêu chuẩn tái sử dụng nước và đề xuất công
nghệ phù hợp.
1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
1.3.1 Đối tượng nghiên cứu
 Nước thải KCN Lê Minh Xuân
1.3.2 Phạm vi nghiên cứu
 Đánh giá đặc tính bẩn màng, khả năng xử lý và tái sử dụng nước thải KCN Lê
Minh Xuân ứng dụng công nghệ màng lọc A-MBR với các thông lượng màng
khác nhau.

 Đánh giá tính ổn định của hệ thống A-MBR.

Nghiên cứu xử lý bậc cao nước thải công nghiệp bằng công nghệ bể sinh học màng
khí nâng Airlift Membrane Bioreactor theo hướng tái sử dụng


3

1.4 Ý nghĩa của đề tài
1.4.1 Ý nghĩa khoa học:
 Xây dựng và hoàn chỉnh hệ thống xử lý và tái sử dụng nước thải cơng nghiệp,
tìm ra các thơng số vận hành tối ưu cho hệ thống xử lý.
1.4.2 Ý nghĩa thực tế:
 Giải quyết vấn đề ô nhiễm nước thải công nghiệp tại TP HCM, đồng thời tái
sử dụng nước sau xử lý cho nhiều mục đích, mang lại lợi ích về kinh tế.

Nghiên cứu xử lý bậc cao nước thải công nghiệp bằng công nghệ bể sinh học màng
khí nâng Airlift Membrane Bioreactor theo hướng tái sử dụng


4

CHƢƠNG 2. TỔNG QUAN
2.1. Giới thiệu chung về nƣớc thải công nghiệp
2.1.1. Nguồn gốc nƣớc thải công nghiệp
Nước thải công nghiệp là nước thải được sinh ra trong quá trình sản xuất công
nghiệp từ các công đoạn sản xuất và các hoạt động phục vụ cho sản xuất như nước
thải khi tiến hành vệ sinh công nghiệp hay hoạt động sinh hoạt của công nhân viên.
Nước thải công nghiệp rất đa dạng, khác nhau về thành phần cũng như lượng
phát thải và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: loại hình cơng nghiệp, loại hình cơng

nghệ sử dụng, tính hiện đại của cơng nghệ, tuổi thọ thiết bị, trình độ quản lý của cơ
sở và ý thức của cán bộ cơng nhân viên. Loại nước thải này có thể bị ô nhiễm do
các tạp chất có nguồn gốc vô cơ hoặc hữu cơ. Thành phần của chúng có thể có chứa
các dạng vi sinh vật (đặc biệt là nước thải của các nhà máy giết mổ, nhà máy sữa,
bia, dược phẩm), cũng như các chất độc hại. Nước thải công nghiệp khơng được xử
lý thích đáng sẽ là một trong những nguồn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng.
2.1.2. Thành phần và tác hại của nƣớc thải công nghiệp
 Các chất rắn lơ lửng: tạo nên bùn lắng và môi trường yếm khí.
 BOD, COD: gây thiếu hụt oxy của nguồn tiếp nhận, tạo mơi trường yếm khí
làm cho nước có mùi hơi thối và làm giảm pH của mơi trường.
 Vi trùng gây bệnh: gây ra các bệnh truyền nhiễm lan truyền bằng đường nước
như tiêu chảy, ngộ độc thức ăn.
 Các dưỡng chất N và P: nồng độ trong nước quá cao dẫn đến hiện tượng phú
dưỡng hóa ảnh hưởng đến hệ thủy sinh vật.
 Màu: gây mất mỹ quan.
 Dầu mỡ: gây mùi, ngăn cản khuếch tán oxy trên bề mặt.
Nghiên cứu xử lý bậc cao nước thải cơng nghiệp bằng cơng nghệ bể sinh học màng
khí nâng Airlift Membrane Bioreactor theo hướng tái sử dụng


5

 Kim loại nặng: gây ức chế các quá trình xử lý sinh học và có khả năng gây
ung thư cao.
2.1 Tổng quan về công nghệ xử lý nước thải cơng nghiệp
Phƣơng pháp

Nội dung

xử lý

Phương pháp
cơ học

Phương pháp
hóa học

Các phương pháp cơ học thường được sử dụng gồm: lắng, khuấy
trộn, tuyển nổi .v.v… Phương pháp xử lý cơ học được sử dụng dựa vào
các lực vật lý như lực trọng trường, lực ly tâm .v.v…. để tách các chất
khơng hịa tan, các hạt lơ lửng có kích thước đáng kể ra khỏi nước thải.
Ưu điểm: phương pháp tương đối đơn giản, mức chi phí thấp, hiệu
quả trong việc xử lý chất lơ lửng.
Các phương pháp hóa học gồm có: oxy hóa khử, tạo kết tủa hoặc
phản ứng phân hủy các chất độc hại. Cơ sở của phương pháp này là dựa
vào các phản ứng hóa học giữa các chất ơ nhiễm và hóa chất thêm vào.
Ưu điểm: hiệu quả xử lý cao, thường được dùng trong các hệ thống
xử lý nước thải khép kín.
Nhược điểm: chi phí vận hành cao, khơng thích hợp cho các hệ thống
xử lý nước thải có quy mơ lớn.

Phương pháp
hóa lý

Phương pháp
sinh học

Các phương pháp hóa lý bao gồm: keo tụ, tuyển nổi, trao đổi ion, hấp
phụ .v.v… Bản chất của phương pháp này là áp dụng các q trình vật
lý và hóa học để đưa chất phản ứng nào đó vào nước thải nhằm gây tác

động đến các chất ơ nhiễm, biến đổi hóa học để tạo thành các chất dễ xử
lý và không gây ơ nhiễm mơi trường. Phương pháp xử lý hóa lý có thể
kết hợp với các phương pháp cơ học, hóa học, sinh học.
Bản chất của phương pháp sinh học trong quá trình xử lý nước thải là
sử dụng khả năng sống và hoạt động của các vi sinh vật có ích để phân
hủy các chất hữu cơ và các thành phần ơ nhiễm có trong nước thải.
Ưu điểm: rẻ tiền, sản phẩm phụ của q trình có thể tận dụng làm
phân bón (bùn hoạt tính) hoặc tái sinh năng lượng (khí metan).

Nghiên cứu xử lý bậc cao nước thải cơng nghiệp bằng cơng nghệ bể sinh học màng
khí nâng Airlift Membrane Bioreactor theo hướng tái sử dụng


6

2.1.3. Một số công nghệ xử lý nƣớc thải công nghiệp
Nguồn thải
thải
Hố thu

Máy tách rác

Thùng chứa

Chôn lấp

Bể tách dầu

Bể cân bằng
Sục khí

Bể nâng pH

NaOH

Bể keo tụ
Váng nổi

PAC
Polymer
NaOH
HCl

Nước rỉ

Bể tạo bơng
Bể lắng sơ cấp
Bể nén bùn
Bể trung hồ

Bể phân phối
Sục khí

Bùn dư

Bùn tuần hồn

polymer

Máy ép bùn

Bể bùn hoạt tính

Bể lắng thứ cấp

Bón cây

NaOCl
Bể khử trùng

Nguồn tiếp nhận

Hình 2.1 Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải KCN Lê Minh Xuân
Nghiên cứu xử lý bậc cao nước thải công nghiệp bằng công nghệ bể sinh học màng
khí nâng Airlift Membrane Bioreactor theo hướng tái sử dụng


7

Song chắn rác

Nước thải
thải
Bể tiếp nhận

Máy tách rác
Sục khí

Bể tách dầu
Bể điều hịa

H2SO4

Bể điều chỉnh pH

NaOH
PAC
Polyme
r

Bể keo tụ
Bể tạo bơng
Bể lắng 1
Bùn thải

NaOH

Bể trung gian
Bể chứa bùn

Bùn tuần
hoàn

Bể Aerotank
Bể lắng 2
Bể trung gian

`

Bùn dư

Sục khí

Polymer
Bể trộn bùn và
polymer

Lọc áp lực 1

Máy ép bùn

Lọc áp lực 2
Chlorine

Bể khứ trùng Clo

Bùn khô
Hồ hồn thiện

Hình 2.2 Sơ đồ cơng nghệ xử lý nước thải KCN Nhơn Trạch
Nghiên cứu xử lý bậc cao nước thải cơng nghiệp bằng cơng nghệ bể sinh học màng
khí nâng Airlift Membrane Bioreactor theo hướng tái sử dụng


8

2.2. Tổng quan về tái sử dụng nƣớc thải
2.2.1. Giới thiệu
Tái sử dụng nước thải là thuật ngữ dùng để diễn tả sự sử dụng nước thải đã
được xử lý của một ứng dụng này cho một ứng dụng khác (USEPA). Hiện nay trên

thế giới, xu hướng tái sử dụng nước thải đang trở nên phổ biến vì nó mang lại nhiều
lợi ích về kinh tế cũng như mơi trường. Nước thải sau xử lý sẽ được sử dụng cho
nhiều mục đích khác nhau tùy vào cấp độ xử lý. Điều này đồng nghĩa với việc giảm
thiểu nhu cầu sử dụng nước sạch (đặc biệt cần thiết trong điều kiện nước sạch đang
ngày càng trở nên khan hiếm hơn), giảm tác động của nước thải đến môi trường
cũng như chi phí xử lý. Tuy nhiên việc tái sử dụng nước thải không hợp lý sẽ dẫn
đến những mối nguy hiểm tiềm ẩn. Con người sẽ có nguy cơ cao trong việc tiếp xúc
với các chất hóa học hoặc các vi sinh vật gây bệnh có thể dẫn đến những hậu quả
khơng lường. Do đó, tái sử dụng nước thải khi được áp dụng một cách đúng đắn thì
có thể xem như một ví dụ cho cơng nghệ thân thiện với môi trường.
2.2.2. Đối tƣợng sử dụng
Đối tượng sử dụng dựa trên chất lượng nước tái sử dụng. Có thể chia thành ba
cấp dựa theo chất lượng nước tái sử dụng: thấp, trung bình, cao và được thể hiện
trong bảng 2.2.
Bảng 2.2 Mức độ chất lượng nước yêu cầu (Tchobanoglous và cộng sự, 1991;
USEPA, 1992; Asono và cộng sự, 1998)
Thông số
Đơn vị
Mức độ chất lƣợng nƣớc
Thấp
Trung bình
cao
BOD5
mg/L
<30
<10
<1
Coliform phân MPN/100mL
200
KPH

KPH
TSS
mg/L
<30
Cl2 dư
mg/L
1
1
pH
6-9
6-9
6-9
TOC
mg/L
10
N-nitrat
mg/L
0.1
N-nitrit
mg/L
0.5
(KPH: khơng phát hiện)
Nghiên cứu xử lý bậc cao nước thải công nghiệp bằng cơng nghệ bể sinh học màng
khí nâng Airlift Membrane Bioreactor theo hướng tái sử dụng


9

Dựa trên chất lượng nước yêu cầu, các đối tượng sử dụng nước được đề nghị
trong bảng 2.3

Bảng 2.3 Đối tượng tái sử dụng dựa trên chất lượng nước yêu cầu (Tchobanoglous
và cộng sự, 1991)
Chất lƣợng nƣớc yêu cầu
Đối tƣợng sử dụng nƣớc
Tưới cây, cơng viên
Nước vệ sinh máy móc

Thấp

Nước cho dịch vụ xây dựng
Dội rửa toilet
Trung bình

Tưới đường

Cao

Cứu hỏa
Vui chơi giải trí, tái tạo cảnh quan
Tái nạp nước ngầm
Tắm giặt

2.2.3. Ứng dụng của nƣớc thải tái sử dụng
Nước thải được tái sử dụng vào nhiều mục đích, tuy nhiên các ứng dụng này
đạt hiệu quả phải có một số yêu cầu sau:
 Các nguy cơ ảnh hưởng đến sức khỏe cộng đồng phải được đánh giá và làm
giảm đến mức thấp nhất.
 Khi đưa vào ứng dụng thì chất lượng nước thải phải đáp ứng yêu cầu.
 Ứng dụng trong đơ thị
Nước thải sau xử lý có thể sử dụng cho các hoạt động xây dựng bao gồm: đầm

nén nền móng, kiểm sốt ơ nhiễm bụi, phun nước rửa, đầm nén đất hoặc bãi chôn
lấp. Tuy nhiên chất lượng của nước tái sử dụng phải đảm bảo an toàn cho cộng
đồng và công nhân.


Tƣới cây, tƣới đƣờng

Tưới các khu vực ít dân cư đi lại: đường cao tốc hoặc các khu vực ít dân cư.

Nghiên cứu xử lý bậc cao nước thải công nghiệp bằng công nghệ bể sinh học màng
khí nâng Airlift Membrane Bioreactor theo hướng tái sử dụng