Nghiên cứu xác định thông số thiết kế phù hợp của màng MBR cho nước thải sản xuất chitin và đánh giá bẩn màng do độ cứng cao

Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường”
DOI: 10.15625/vap.2019.000199

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH THÔNG SỐ THIẾT KẾ PHÙ HỢP CỦA
MÀNG MBR CHO NƢỚC THẢI SẢN XUẤT CHITIN VÀ
ĐÁNH GIÁ BẨN MÀNG DO ĐỘ CỨNG CAO
Nguyễn Phương Thảo*, Nguyễn Tấn Luật, Phạm Thị Tốt, Nguyễn Phước Dân,
Bùi Xuân Thành
Trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM, Đại học Quốc gia VN.
*
Tác giả chính, email:
TĨM TẮT
Nghiên cứu tiến hành với hệ thống MBR để xử lý nước thải sản xuất chitin được thực hiện ở
tải trọng F/M = 0,1 và 0,2 kgCOD/kgMLVSS.ngày, MLSS = 7600 ± 500 mg/L, pH được duy trì 7,2
- 7,5 và nồng độ DO > 3 mg/L. Kết quả cho thấy COD đầu ra ở cả 2 tải trọng F/M đều chưa đạt cột
B, QCVN 11-MT:2015/BTNMT trong khi chỉ tiêu NH4+ - N đầu ra phần lớn đều đạt dưới ngưỡng
QCVN 11-MT:2015/BTNMT (cột B). Kết quả đo hoạt tính bùn về hiệu quả nitrate hóa và khả năng
loại bỏ COD được thực hiện đối với bùn bể MBR sau vận hành 32 ngày và bùn nuôi cấy ban đầu
lấy từ nhà máy VNF (Cà Mau) cho thấy khả năng thích nghi và hiệu suất xử lý ơ nhiễm trong mơi
trường có độ muối cao là khá tốt. Kết quả đánh giá sự cân bằng canxi trong quá trình vận hành cho
thấy sự ảnh hưởng đáng kể của quá trình bay hơi nước đối với sự gia tăng độ cứng trong nước và
q trình tích lũy canxi trong bùn theo thời gian. Kết quả đánh giá tốc độ bẩn màng qua theo dõi
TMP và thông lượng cho thấy nồng độ muối cao gây tác động tiêu cực đáng kể đến hiệu suất làm
việc của màng. Ngồi ra, nghiên cứu cịn cho thấy các tác động và vai trò của ion canxi trong việc
làm chậm quá trình bẩn màng và duy trì ổn định thơng lượng màng.
Từ khóa: MBR, bẩn màng, nước thải sản xuất chitin.
1. GIỚI THIỆU
Trong nước thải sản xuất chitin, lipid chưa thu hồi được và được thải ra hệ thống nước thải.
Điều này không chỉ không tận dụng được hiệu quả các sản phẩm tơm mà cịn dẫn đến các vấn đề
môi trường lớn. Việc khử các thành phần phi chitin để sản xuất chitin từ phế liệu thủy sản có thể
thực hiện bằng phương pháp hóa học, sinh học hoặc hóa học kết hợp với sinh học. Tuy nhiên

phương pháp này tạo ra sản phẩm chitin - chitosan có phân tử lượng thấp, độ nhớt thấp, dư lượng
hóa chất lớn, ăn mòn thiết bị và đặc biệt gây ra ô nhiễm môi trường rất trầm trọng. Nước thải chitin
sẽ chứa hàm lượng rất cao các chất ô nhiễm hữu cơ (COD, TKN, SS), nitơ và photpho. Đến nay các
cơng trình nghiên cứu được cơng bố về xử lý nước thải chế biến thủy sản, chitin còn tương đối ít,
đặc biệt đối với nước thải sản xuất chitin - chitosan. Với đặc tính của nước thải sản xuất chitin lại
vơ cùng phức tạp và khó xử lý. Cơng nghệ MBR hiếu khí là một giải pháp để giải quyết vấn đề này
với hệ bùn hoạt tính cho q trình nitrat hóa và khử nitrate xảy ra đồng thời kết hợp màng lọc loại
bỏ cặn lơ lửng ra khỏi nước thải.
2.VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP
2.1. Nƣớc thải sản xuất chitin
Nước thải đầu vào được lấy tại bể điều hòa của nhà máy VNF, KCN Hòa Trung, huyện Cái
Nước, tỉnh Cà Mau. Sử dụng axit HCl để điều chỉnh pH thấp hơn 2, đảm bảo thành phần và tính
chất của nước khơng thay đổi trong suốt q trình vận chuyển và bảo quản. Thành phần và tính chất
nước thải được thể hiện trong bảng 2.1.Bùn hoạt tính được lấy từ bể hiếu khí tại nhà máy VNF, Cà
Mau với MLSS = 7000 mg/L

537


Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường”

Bảng 2.1. Thành phần và tính chất của nước thải chitin sau lắng
STT
Chỉ tiêu
Đơn vị
Giá trị trung bình (n=30)
1
pH
7,5±0,3
2

Độ mặn
‰
26
3
COD
mg/L
6409 ± 619
4
TKN
mg/L
1288 ± 156
+
5
NH4 - N
mg/L
452 ± 58
6
Độ cứng tổng
mg/L
1255 ± 188
7
Canxi
mg/L
1063 ± 108
2.2. Mô hình thiết kế bể màng MBR
Mơ hình bể MBR được làm bằng mica có kích thuớc L×R×H = 0,4×0,2×0,5 (m), sử dụng
module màng đặt chìm là màng vi lọc dạng sợi rỗng (Hình 2.1) làm từ vật liệu PVDF. Ưu điểm của
loại màng này là có thể chịu được nồng độ hóa học cao, nhiệt độ cao, dễ làm sạch, độ bền cơ học
cao, ít tắc nghẽn, lưu lượng dịng hút cao, tiêu thụ năng lượng thấp. Các thông số màng như Bảng
2.2.

Bảng 2.2. Thông số module màng
Thông số

Đơn vị

Giá trị

Loại

-

Màng sợi rỗng

Vật liệu

-

PVDF

Kích thước lỗ

µm

0.4

Đường kính

mm

2.8

m

5

bề cm2

108

Chiều dài
1. Bể chứa nước thải; 2. Bể phản ứng chứa màng
MBR; 3. Tủ điện điều khiển chính; 4. Bể chứa đầu ra;
5. Bơm đầu vào; 6. Đồng hồ đo áp suất; 7. Bơm rút
nước trong màng; 8. Phao tín hiệu; 9. Hộp lật đo lưu
lượng đầu ra; 10. Van đo lưu lượng khí; 11. Máy thổi
khí; 12. Máy tính lưu giữ dữ liệu

Diện
mặt
Số sợi

tích

-

5

Hình 2.1. Sơ đồ bể màng MBR thiết kế.
2.3. Điều kiện vận hành

Nước thải được điều chỉnh pH lên 7,5 bằng dung dịch NaOH 1N và cho lắng ít nhất 2 giờ để
lấy phần nước trong trên bề mặt đưa vào thùng chứa trước khi được bơm vào bể MBR. Điều kiện
vận hành bể MBR được thể hiện ở bảng 2.3.
2.4. Cân bằng độ cứng canxi trong quá trình vận hành MBR
Thí nghiệm xác định sự tích lũy độ cứng Ca2+ thông qua việc đánh giá sự cân bằng độ cứng
Ca2+ trong bể MBR, độ cứng tổng đối với nước đầu vào, dòng ra và trong bùn.
2.5 Phƣơng pháp phân tích và xử lý số liệu
Phương pháp phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước theo “Standard Methods for the
Examination Water and Wastewater 21st”, 2005. Các phương pháp được trình bày trong bảng 2.4.

538


Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019

Bảng 2.3 Điều kiện vận hành bể MBR
Đơn vị
lít/m2.h
kPa
lít/phút
ngày
kgCOD/kg MLVSS.ngày
mg/L
ngày

Điều kiện vận hành
Giá trị
Thơng lượng màng
10
Áp suất rửa màng

50
Chế độ sục khí
10
HRT
6
F/M
0,1 - 0,2
MLVSS
5.000
SRT
30
Chế độ vận hành bơm màng
8 phút chạy, 2 phút nghỉ
Bảng 2.4. Các phương pháp phân tích mẫu nước
Thơng số

STT

Đơn vị

Phương pháp phân tích

1

pH

2

TDS

mg/L

SMEWW 2540 B

3

COD

mgO2/L

SMEWW 5220 C

4

TKN

mg/L

SMEWW 4500-Norg B

5

+

mg/L

SMEWW 4500-NH3 B

-

mg/L

SMEWW 4500 B

-

6

-

NH4 -N
NO3 -N

SWEWW 4500 - H+ B

7

NO2 -N

mg/L

SMEWW 4500 B

8

TP

mg/L

TCVN 6202:1996

9

Độ kiềm

mg/L

SMEWW 2320 B

10

MLSS

mg/L

SMEWW 2540 D

11

MLVSS

mg/L

SMEWW 2540 D

3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
3.1. Hiệu quả xử lý của hệ thống MBR
Hiệu suất xử lý COD, amonia, TKN của hệ thống Sponge MBR lần lượt đạt 92%, 84% và
84%, cho thấy hiệu quả xử lý ammonia cao hơn so với MBR thông thường. Tuy nhiên, hiệu quả xử
lý amonia và TKN giảm đáng kể khi độ mặn nước thải cao (5-60g/L NaCl). Với nước thải chứa

đồng thời phenol, nitrosomonas, nitrobacter và nitrospira, ở độ mặn 2 - 5g/l NaCl, hệ thống khơng
có khả năng xử lý hiệu quả ammonia (Munz et al., 2008).
3.2. Đánh giá bẩn màng
Hệ thống được đánh giá khả năng bẩn màng qua đồng hồ áp suất TMP, mức độ bẩn màng
ngày càng tăng được thể hiện bởi giá trị TMP và lưu lượng dòng thấm. Mức độ bẩn màng và việc
rửa màng bằng hóa chất NaOCl. Khả năng lọc màng sinh học với bùn hoạt tính bị ảnh hưởng bởi
đặc trưng của chất rắn lơ lững như cặn, sự có mặt của chất đa bào ngoại bào (EPS) và sản phẩm vi
sinh hòa tan (SMP). Đồng thời nồng độ canxi cao bám trên mặt ngoài màng với kết quả chụp SEM,
EDX.
4. KẾT LUẬN
Hệ thống MBR có hiệu quả xử lý COD, TN, amonia tương đối ổn định. MBR là một lựa chọn
ưu tiên trong xử lý nước thải sản xuất chitin. Kết quả của quá trình cân bằng canxi cho thấy độ cứng
tổng và canxi có xu hướng tích lũy theo thời gian trong bùn càng tăng. Bên cạnh đó, độ mặn và hàm

539


Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường”

lượng canxi, độ cứng tổng là yếu tố ảnh hưởng lớn đến khả năng xử lý của hệ thống nên cần giai
đoạn tiền xử lý nước thải trước khi đưa vào hệ thống sinh học, điều này nhằm giảm hàm lượng chất
rắn lơ lửng và chất hữu cơ.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. P. Đ. Hải,(2011). Nghiên cứu xử lý nước thải từ công nghệ sản xuất chitin cả tiến bằng phương pháp
sinh học có thu hồi protein.
Maria Diná Afonso, Rodrigo Bórquez, (2012). Review of the treatment of seafood processing wastewaters
and recovery of proteins therein by membrane separation processes - Prospects of the ultrafiltration of
wastewaters from the fish meal industry, Desalination, 142(1), pp. 29-45.
[2]. G.L.Dotto, Gabriela S.Rosa, Mariana Agostini de Moraes, R.F.Weska, Luiz A.A.Pinto, (2013).
Treatment of chitin effluents by coagulation-flocculation with chitin and aluminum sulfate, Journal of

Environmental Chemical Engineering, 1(1-2), pp. 50-55.
[3]. Y. M. Nah, K. H. Ahn, I. T. Yeom, (2000). Nitrogen Removal in Household Wastewater Treatment
Using an Intermittently Aerated Membrane Bioreactor, Environmental Technology, 21(1), pp. 107-114.
[4]. Kang Chen, Xinhua Wang, Xiufen Li, Jiejie Qian, Xiaolan Xiao, (2011). Impacts of sludge retention
time on the performance of submerged membrane bioreactor with the addition of calcium ion,
Separation and Purification Technology, 82, pp. 148-155.
[5]. Duksoo Jang, Yuhoon Hwang, Hangsik Shin, Wontae Lee, (2013). Effects of salinity on the
characteristics of biomass and membrane, Bioresource Technology, 141, pp. 50-56.
[6]. Giorgio Mannina, Marco Capodici, Alida Cosenza, Daniele Di Trapani, Gaspare Viviani, (2016).
Sequential batch membrane bio-reactor for wastewater treatment: The effect of increased salinity,
Bioresour Technol., 209, p. 205-212.
[7]. Munz G, Gori R, Cammilli L, Lubello C. (2008). Characterization of tannery wastewater and biomass in
a membrane bioreactor using respirometric analysis. Bioresour Technol., 99, 8612-8.

540