Đang tải... (xem toàn văn)
MBBR là từ viết tắt của cụm từ Moving Bed Biofilm Reactor, được mô tả một cách dễ hiểu là quá trình xử lý nhân tạo trong đó sử dụng các vật làm giá thể cho vi sinh vật dính bám vào để sinh trưởng, phát triển và thực hiện phân hủy các chất hữu cơ, hợp chất nitơ, phospho trong nước thải. Công nghệ MBBR là công nghệ kết hợp giữa các điều kiện thuận lợi của quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí và bể lọc sinh học. Bể MBBR hoạt động giống như quá trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí trong toàn bộ thể tích bể. Đây là quá trình xử lý bằng lớp màng biofilm với sinh khối phát triển trên giá thể mà những giá thể này lại di chuyển tự do và được giữ bên trong bể phản ứng. Công nghệ MBBR không cần quá trình tuần hoàn bùn tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính vì sinh khối trong bể ngày càng tăng. Bể MBBR gồm 2 loại: bể hiếu khí và bể kị khí.
MBBR Mục Lục: I/ Giới Thiệu công nghệ MBBR II/ Lớp màng sinh học giá thể công nghệ MBBR III/ Cơ chế xử lý nước thải cơng nghệ MBBR IV/ Giới thiệu mơ hình cơng nghệ MBBR phòng thí nghiệm V/ Phạm vi áp dụng công nghệ MBBR VI/ So sánh công nghệ MBBR với vài công nghệ khác VII/ Ưu điểm công nghệ MBBR VIII/ Kết luận I Giới thiệu công nghệ MBBR: MBBR từ viết tắt cụm từ Moving Bed Biofilm Reactor, mô tả cách dễ hiểu trình xử lý nhân tạo sử dụng vật làm giá thể cho vi sinh vật dính bám vào để sinh trưởng, phát triển thực phân hủy chất hữu cơ, hợp chất nitơ, phospho nước thải Công nghệ MBBR công nghệ kết hợp điều kiện thuận lợi q trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí bể lọc sinh học Bể MBBR hoạt động giống q trình xử lý bùn hoạt tính hiếu khí tồn thể tích bể Đây q trình xử lý lớp màng biofilm với sinh khối phát triển giá thể mà giá thể lại di chuyển tự giữ bên bể phản ứng Cơng nghệ MBBR khơng cần q trình tuần hoàn bùn tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý nước thải bùn hoạt tính sinh khối bể ngày tăng Bể MBBR gồm loại: bể hiếu khí bể kị khí Sơ đồ công nghệ xử lý theo phương pháp MBBR: Thông số thiết kế đặc trưng bể MBBR: Thông số thiết kế Đơn vị Ngưỡng đặc trưng Thời gian lưu bể Anoxic h 1.0 – 1.2 Thời gian lưu bể hiếu khí h 3.5 – 4.5 Diện tích bề mặt lớp biofilm m2/m3 200 - 250 Tại trọng BOD Kg/m3.d 1.0 – 1.4 II Lớp màng sinh học giá thể MBBR: 1) Lớp màng sinh học (lớp màng biofilm): Lớp màng sinh học quần thể vi sinh vật phát triển bề mặt giá thể sinh học Cụ thể hơn, màng sinh học mô tả có cấu trúc xốp, giống nấm với kênh mở thân Cấu trúc cho phép thúc đẩy dòng nước chảy vùng sâu màng sinh học tăng cường khuếch tán chất vào Các màng sinh học khơng ln ln giống y chang nhau, theo kiểu gồm nhiều lớp vi khuẩn hiếu khí bên nhiều lớp vi khuẩn kỵ khí bên Do luồng nước chảy qua khuấy động nên vi khuẩn kỵ khí hiếu khí song song tồn hốc nho khắp nơi màng sinh học Chủng loại vi sinh vật màng sinh học tương tự lớp bùn hoạt tính Hầu hết thuộc loại dị dưỡng (sử dụng chất hữu để tạo sinh khối) với vi sinh vật tùy tiện chiếm ưu Vi sinh vật tùy tiện sử dụng oxy hòa tan nước thải, khơng có sẵn chúng sử dụng nitrit/ nitrat chất nhận điện tử Chất dinh dưỡng (cơ chất) oxy từ nước thải khuếch tán vào màng sinh học, sản phẩm phân hủy sinh học khuếch tán ngược lại từ màng sinh học vào nước thải Yếu tố chiều dày màng giá thể động ảnh hưởng lớn đến khuếch tán chất dinh dưỡng màng, thường nho 10 µm Chất lượng màng sinh học tốt khó rơi khoi vật liệu, độ dày lớp màng khoảng 10 -200 m, lớp màng có độ dày thay đổi theo tải trọng Khi oxy hòa tan chất bề mặt khuếch tán vào lớp phía so với lớp màng vi sinh vật tiêu thụ nhiều Sự giảm oxy thông qua lớp màng sinh học tạo điều kiện tạo mơi trường hiếu khí, thiếu khí, kị khí màng sinh học Việc xáo trộn giá thể bể quan trọng nhằm giúp cho chất dinh dưỡng bám lên bề mặt màng, đảm bảo độ dày màng sinh học Tốc độ xáo trộn phải điều chỉnh hợp lý để tránh tình trạng bào mòn giá thể động chuyển động nhanh dẫn đến va chạm vào làm bong tróc giảm hiệu trình xử lý Các yếu tố ảnh hưởng tới phát triển màng sinh học: (1) Điều kiện môi trường nước thải: pH, nhiệt độ, chất cho electron, chất nhận e, dinh dưỡng… (2) Mức độ ngoại trở lực chuyển khối tới màng sinh học (Extent of mass-transfer resistances external to the biofilm) (3) Mức độ trở lực màng sinh học (Extent of biofilm internal mass-transfer resistances) (4) Động học hệ số tỷ lượng (stoichiometry) trình biến đổi - q trình chuyển hóa vi khuẩn bên màng sinh học (5) Sự bong chóc màng sinh học 2) Giá thể MBBR: Đóng vai trò khơng thể thiếu trình xử lý giá thể động có lớp màng biofilm dính bám bề mặt Những giá thể thiết kế cho diện tích bề mặt hiệu dụng lớn để lớp màng biofim dính bám bề mặt giá thể tạo điều kiện tối ưu cho hoạt động vi sinh vật giá thể lơ lững nước Tất giá thể có tỷ trọng nhẹ so với tỷ trọng nước, nhiên loại giá thể có tỷ trọng khác Điều kiện quan trọng trình xử lý mật độ giá thể bể, để giá thể chuyển động lơ lửng bể mật độ giá thể chiếm từ 25 ÷ 50% thể tích bể tối đa bể MBBR phải nho 67% Trong trình xử lý màng sinh học khuếch tán chất dinh dưỡng (chất nhiễm) ngồi lớp màng yếu tố đóng vai trò quan trọng q trình xử lý, chiều dày hiệu lớp màng yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu xử lý a) Tính chất giá thể bể MBBR: - Đặc trưng tính kỵ nước cao, khả bám dính sinh học cao - Chất lượng màng sinh học tốt, khó rơi khoi vật liệu - Xử lí tốt Nitơ, Photpho nước thải - NH3–N: 98 ÷ 99%; Tổng Nitơ: 80 ÷ 85%; Tổng Photpho: 70 ÷ 75% - Chiếm khoảng khơng gian - Khơng bị nghẹt bùn khoảng thời gian dài hoạt động - Tạo bùn nặng dễ lắng, tạo 40 ÷ 80% bùn q trình bùn hoạt tính - Hiệu xử lí cao 30 ÷ 50% q trình bùn hoạt tính chi phí hoạt động giảm 30% - Có thể thả trực tiếp bể hiếu khí, kỵ khí, thiếu khí Khơng cần phải thay vòng 15 năm - Khơng bị ảnh hưởng hình dạng bể, sử dụng cho tất loại bể b) Một số loại giá thể sinh học sử dụng: III Cơ chế trình xử lý nước thải công nghệ MBBR: Cũng giống q trình xử lý nước thải cơng nghệ màng sinh học khác, công nghệ MBBR dựa việc vi sinh vật thiết lập màng sinh học bao gồm: vi khuẩn, vật liệu dạng hạt, polymer ngoại bào…phát triển bám dính bề mặt vật mang cụ thể bệ mặt giá thể sinh học a) Quá trình phân hủy chất hữu nước thải: • Oxy hóa chất hữu cơ: • Tổng hợp tế bào mới: • Phân hủy nội bào: b) Cơ chế khử COD/BOD Các phương trình phản ứng viết sau: • Với điều kiện hiếu khí: Chất hữu + Oxy → CO2 + H2O + H • Với điều kiện yếm khí: Chất hữu + NO3- → Con + N2 + H Chất hữu + SO42- → CO2 + H2S + H Các vi sinh vật tự dưỡng tham gia với vai trò định, ví dụ phương trình phản ứng: • Với điều kiện hiếu khí: 2NH3 + 7O2 → 2NO2 + 3H2O + H 2NO2- + O2 → 2NO3• Với điều kiện yếm khí: 3NH3 + 8NO2- + 5H+ → 4N2 + 3NO3- + 7H2O c) Quá trình loại bo Nitơ N nước thải thấy tồn dạng ammonia N hữu liên kết hạt Loại bo N nước thải xảy theo hai chế : 1) Tổng hợp sinh khối (Sự đồng hóa N - N cấp cho sinh trưởng tế bào) loại bo với bùn thải 2) Quá trình nitrat hóa (nitrification) khử nitrat (denitrification) Lượng N amonia loại bo chủ yếu chế thứ Nitrate hóa q trình gồm hai bước : giống vi khuẩn hiếu khí oxi hóa amonia (NH3 - N thành nitơ – nitrite (NO2 – N) sau giống vi khuẩn khác oxi hóa nitơ – nitrite thành nitơ nitrat (NO3 – N) Trong trình đề nitrate, nguồn carbon oxi hóa sử dụng nitrate/nitrite chất nhận điện tử phản ứng phản ứng oxi hóa – khử để khử nitrate/nitrite thành khí N2 trơ Một q trình kỵ khí mà khơng đòi hoi nguồn carbon để khử NO2 – N trình Anammox(anaerobic ammonium oxidizers), số vi khuẩn có khả oxy hóa ammonia giảm nitrite sản xuất N2 Q trình nitrat hóa: Trong N hữu liên kết hạt bị loại bo q trình loại bo hạt ammonia phải chuyển thành nitrate trình nitrification, bước để khử N Ammonia chuyển thành nitrate trình nitrification gồm giai đoạn thực vi khuẩn tự dưỡng N điều kiện hiếu khí Cụ thể: Giai đoạn 1: Ammonia bị oxy hóa thành nitrite chủng vi khuẩn Nitrosomonas NH4+ + 1,5O2 → 2H+ + H2O + NO2Giai đoạn 2: Nitrite bị oxy hóa thành nitrate chủng vi khuẩn Nitrobacter NO2- + 0,5O2 → NO3- ( tác dụng Nitrobacter) Quá trình denitrification: Quá trình denitrification bước để khử N thực chủng vi sinh vật dị dưỡng sử dụng nitrate làm chất nhận điện tử điều kiện anaerobic Quá trình denitrification bao gồm nhiều giai đoạn chuyển hóa nitrate thành khí nitrogen thơng qua chất trung gian: NO3- → NO2- → N2O → N2 Quá trình denitrification thực nhiều chủng vi khuẩn với khả khác Một số chủng vi khuẩn thực tất giai đoạn chuyển hóa nitrate thành khí nitrogen số khác chuyển nitrate thành nitrite Nitrate nitrite sử dụng nguồn N cho tổng hợp tế bào ammonia ưu tiên sử dụng trực tiếp sẵn có d) Quá trình khử Phospho: Quá trình khử P (Hình 2.7) thực vi sinh vật tích lũy polyphospate (Polyphosphate Accumulating Organisms) (PAO) xảy điều kiện luân phiên aerobic anaerobic hay chu kỳ anoxic Cơ chế trình khử P: Chất poly-β-hydroxy-alkanoate (PHA) glycogen polyphosphate (Poly-P) suốt chu kỳ anoxic bị tích lũy lưu giữ tế bào hạt vi sinh vật sau bị tiêu thụ Candidatus Accumulibacter phosphatis, Rhodocyclus Actinobacteria chủng vi sinh vật điển hình có khả khử P ghi nhận IV Mơ hình MBBR với quy mơ phòng thí nghiệm: Nước thải từ bể chứa nước thải (9) đưa vào hệ thống xử lý công nghệ MBBR nhờ bơm số (1), bơm (1) điều chỉnh để lưu lượng bơm cố định theo tải trọng Sau bơm nước thải dẫn vào bể thiếu khí (5), bể thiếu khí gắn phận khuấy trộn cánh khuấy, tốc độ cánh khuấy trì 15 vòng/phút để trì hàm lượng oxy hòa tan ln nho 0,5 mg/l tạo điều kiện cho giá thể chuyển động bể • Ảnh hưởng chất hữu cơ: Bản chất chất hữu ảnh hưởng tới tốc độ khử Nitrat: chất hữu tan, dễ sinh hủy tạo điều kiện tốt thúc đẩy q trình khử Nitrat • Ảnh hưởng yếu tố kìm hãm: Nitrit yếu tốc kìm hãm tốc độ khử Nitrat pH = nồng độ N – NO2-> 14 mg/l bắt đầu ức chế trình vận chuyển chất vi sinh vật làm dừng trình nồng độ đạt 350 mg/l IX.Ưu điểm nhược điểm bể a) Ưu điểm - Đặc điểm trội bể SBR không cần tuần hồn bùn hoạt tính Hai q trình phản ứng lắng diễn bể, bùn hoạt tính khơng hao hụt giai đoạn phản ứng khơng phải tuần hồn bùn hoạt tính từ bể lắng để giữ nồng độ; - Do vận hành hệ thống tự động nên hoạt động dễ dàng giảm đòi hoi sức người; - Dễ dàng tích hợp trình nitrat/khử nitơ loại bo phospho; - Các pha thay đổi luân phiên không làm khả khử BOD khoảng 90-92 %; - Giảm chi phí xây dựng bể lắng, hệ thống đường ống dẫn truyền bơm liên quan; - Lắp đặt đơn giản dễ dàng mở rộng nâng cấp; - Hệ thống SBR linh động xử lý nhiều loại nước thải khác với nhiều thành phần tải trọng; - Dễ dàng bảo trì, bảo dưỡng thiết bị ( thiết bị ít) mà khơng cần phải tháo nước cạn bể Chỉ tháo nước bảo trì thiết bị như: cánh khuấy, decanter thu nước, máy thổi khí; - TSS đầu thấp, hiệu khử photpho, nitrat hóa khử nitrat hóa cao; - Quá trình kết bơng tốt khơng có hệ thống gạt bùn khí; - Q trình lắng trạng thái tĩnh nên hiệu lắng cao; - Giảm diện tích để xây dựng hệ thống, phù hợp với nhà máy có mặt nho; - Xử lý nước thải có nồng độ N P cao; - Nước thải sau qua bể SBR đảm bảo: + BOD5 ≤ 10 mg/l + SS ≤ 10 mg/l + Tổng Nitơ = – mg/l + Tổng photpho = -2 mg/l b) Nhược điểm - Do hệ thống hoạt động theo mẻ, nên cần phải có nhiều thiết bị hoạt động đồng thời với nhau; - Công suất xử lý thấp ( hoạt động theo mẻ); - Đòi hoi nhân viên phải có trình độ kỹ thuật cao; - Khó khăn cho hệ nước thải liên tục cơng xuất lớn; - Kiểm sốt q trình khó, đòi hoi hệ thống quan trắc tiêu tinh vi, đại; - Có khả nước đầu giai đoạn xả theo bùn khó lắng, váng nổi; - Phải ý đến thời gian thổi khí thời gian thu nước; - Do đặc điểm ko rút bùn nên hệ thống thổi khí dễ bị nghẹt bùn; - Nếu cơng trình phía sau chịu sốc tải thấp phải có bể điều hòa phụ trợ X Hiệu xử lý bể SBR SBR trình xử lý sinh học hiệu chứng minh sử dụng để phân hủy chất hữu giảm Nito đáng kể so với xử lý nước thải trình độ cao BOD, COD; giảm Nito chất rắn lơ lửng Quá trình xử lý lý tưởng để xử lý khối lượng lớn.Công nghệ xử lý nước thải SBR xử lý 85 – 90 % thành phần chất ô nhiễm nước thải BOD COD sử dụng để đo lường chất lượng nước, xác định cách thức vi sinh vật học sử dụng oxy thể nước COD đo lượng hợp chất hữu nước Điểm quy trình SBR hệ thống điều khiển Hệ thống bao gồm kết hợp sensors, đếm thời gian vi xử lý đem lại tính linh hoạt xác hoạt động SBR Bằng cách thay đổi thời gian pha hiếu khí, thiếu khí kỵ khí/lên men mẻ cho chu kỳ, phản ứng sinh học nitrat hóa, khử nitrat hóa loại bo phốt-pho sinh học kiểm soát XI Hiện trạng sử dụng bể SBR SBR nghiên cứu từ năm 1920 sử dụng ngày rộng rãi toàn giới Ở Châu Âu Trung Quốc, Hòa Kỳ, họ áp dụng cơng nghệ để xử lý nước thải đô thị nước thải công nghiệp, đặc biệt khu vực đặc trưng có lưu lượng nước thải thấp biến động SBR áp dụng nước thải sinh hoạt, nước thải tập trung nước thải cơng nghiệp, nói riêng áp dụng khu vực có dòng chảy thấp thành phần dòng chảy dao động cao.Sử dụng cơng nghệ SBR phát triển nhanh chóng cộng đồng nho; nước thải xả thải nho triệu gallons ngày (MGD) Ngay cơng trình, xử lý mẻ phù hợp lý tưởng cho hộ gia đình, nơng trại, khách sạn, doanh nghiệp nho, casinos, khu nghỉ mát, nơi sở xử lý nước thải tập trung khơng có Gần hầu hết, ngày nhiều khu cộng đồng nho thải nước thải 10 MGD sử dụng cơng nghệ SBR để tiết giảm chi phí vốn chi phí vận hành bảo trì (O&M) để phù hợp với đòi hoi chất lượng nước thải đầu khắt khe bao gồm loại bo chất dinh dưỡng Tuy nhiên SBR có nhiều điểm bất lợi, bao gồm tổn thất áp suất đáng kể suốt hệ thống, khó khăn loại bo chất bề mặt, gạn long xen kẽ tổng quát đòi hoi cân trước quy trình xử lý cuối nguồn ngăn lọc khử trùng XII Tính tốn thiết kế bể SBR Các bước thực trình : - Thu thập liệu đặc tính nước thải dòng vào xác định yêu cầu dòng - Chọn số bể SBR Thường bể , bể pha làm đầy, bể lại pha phản ứng, lắng, rút nước - Chọn thời gian phản ứng/ thổi khí, lắng rút nước Quyết định chu kì thời gian làm đầy Xác định số chu kì ngày - Từ tổng số chu kì ngày, xác định thể tích làm đầy ngày - Chọn nồng độ MLSS xác định tỉ số thể tích làm đầy với tổng thể tích bể chứa Xác định độ sâu rút nước Sử dụng độ sâu vừa tính, xác định thể tích bể Chọn Độ sâu bể phản ứng khoảng m Cân chất rắn : Khối lượng chất rắn đầy bể = Khối lượng chất rắn lắng Vt X = VsXs Trong : Vt : tổng thể tích , m3 X : nồng độ MLSS đầy bể , g/m3 Vs : thể lắng sau rút nước , m3 Xs : nồng độ MLSS thể tích lắng, g/m3 Ước tính Xs dựa vào số SVI khoảng 150 ml/g Xác định tỉ số lắng dự phòng khoảng 20% chất long bùn chất rắn không bị rút ngồi Sau xác định tỉ số làm đầy, giá trị khoảng 0.33 Tỉ số làm đầy tính khoảng 0.37 giá trị chọn Giá trị sử dụng để tính thể tích tổng bể phản ứng Vt = Vf / 0.33 Đường kính bể nêu bảng 6.14 - Xác định thời gian lưu bùn bể SBR SRT thơng số quan trọng ảnh hưởng khơng đến q trình vận hành , mà thể tích bể, sản lượng bùn nhu cầu oxy cung cấp Trong thiết kế SRT định phương trình sau : Trong thiết kế này, SRT = 14.36 ngày nằm khoàng giá trị bể SBR đủ để loại bo BOD nitơ - Xác định lượng nitơ Kenjant dòng vào Bởi thời gian lưu bùn thiết kế lâu, bể SBR nitrat hố lượng TKN dòng vào SRT phải xác định thời gian phản ứng đủ để đạt nồng độ N-NH dòng khoảng 0.5 g/m3 Để làm điều này, hàm lượng N-NH4 bị oxi hóa phải tính cách cân nitơ sử dụng phương trình 6.35 6.33 Một NOx xác định , biết nồng độ N-NH4 oxi hóa được thêm vào chu kì, có lượng bùn giữ lại chu kì trước, việc xác định tong lượng Nitơ oxi hóa bể phản ứng cần thiết Sauk hi xác định, phương trình động học bể phản ứng sử dụng để kiểm tra lại thời gian thổi khí pha phản ứng đủ để cung cấp lượng nitơ phân huỷ : Kn : số bán vận tốc, nồng độ chất với tốc độ sử dụng chất riêng tối đa bán bão hoà , mg/l No : nồng độ N-NH4 lúc t =0 mg/l Nt : nồng độ N-NH4 lúc t, mg/l DO : nồng độ oxy hòa tan, mg/l Ko : số bán bão hòa DO, mg/l Yn : sản lượng sinh khối , gVSS / g bsCODr Xn : nồng độ vi khuẩn nitrat hóa, mg/l T : thời gian , ngày Unm : tốc độ phát triển riêng lớn vi khuẩn nitrat hóa, g tế bào / g tế bào * ngày Đối với thiết kế này, việc khử nitrat xuất khoảng 1.9 h, việc thổi khí thêm vào cần thiết pha làm đầy - Tính nồng độ sinh khối nitrate hố xác định thời gian thổi khí đủ để nitrat hoá đạt hiệu - Điều chỉnh thiết kế cần thiết – Q trình lặp lại thêm vào - Xác định tốc độ gạn nước Tốc độ gạn nước tính thể tích bể đầy chia cho thời gian gạn nước Tốc độ sử dụng để tính kích cỡ bơm gạn nước phao.Hệ thống lên bề mặt nước rút nước, rút nước khoi bể cách mặt nước 0.3m Điều giảm thiểu lượng chất rắn trôi Bơm định thời gian để rút lượng nước sau tắt để tránh thải chất thải rắn - Xác định nồng độ oxy cần thiết tốc độ chuyển hóa trung bình cho hệ thống thổi khí VSV q trình bùn hoạt tính sử dụng oxy chúng tiêu thụ chất hữu nước thải Lượng oxy cần thiết: Để tìm tốc độ chuyển hóa oxy trung bình phân chia thời gian thổi khí trung bình hàng ngày Bởi nhu cầu oxy cao đầu thời kì thổi khí , tốc độ chuyển hóa oxy cộng hệ số cao (2 thiết kế) để tính cho nhu cầu khởi đầu tải trọng cao - Thiết kế hệ thống thổi khí : Một tốc độ chuyển hóa oxy tính, sử dụng để xác định tốc độ thổi khí - Xác định lượng bùn dư Lượng bùn dư bơm ngồi, thể tích bể chứa bùn thải ngày tính theo cơng thức : Trong : Vs : thể tích bùn chứa, m3 Ms : khối lượng bùn, kg : trọng lượng riêng bùn , 1.02 C : nồng độ bùn , 8000 mg/l Khoảng m3 bùn thải bể ngày, thể tích bể 12 m3 để chứa bùn tháng - Tính tỷ số F/M tải trọng thể tích BOD Chuẩn bị tóm tắt thiết kế MB R I Định nghĩa II Phân loại III Cấu tạo: IV Nguyên lý hoạt động V.Ưu điểm hệ thống xử lí nước thải công nghệ màng lọc sinh học MBR VI Nhược điểm: VII Ứng dụng màng lọc sinh học hệ thống xử lí nước thải I Định nghĩa MBR ( menbrane bio reacto ) định nghĩa xử lí nước thải vi sinh cơng nghệ màng lọc Hệ thống màng lọc công nghệ MBR ứng dụng mơi trường phản ứng vi sinh kị khí hiếu khí từ sinh khối II Phân loại Phân loại: loại + Kiểu đặt ngập màng MBR bể MBR: hoạt động cách hút dùng áp lực Tuy nhiên xét mốc ứng dụng phát triển MBR nước ta nhận thấy MBR kiểu đặt ngập màng nước sử dụng chủ yếu nước, chủ yếu áp dụng kỹ thuật xử lý Nito hạn chế nhiễm màng + Kiểu đặt ngồi: màng MBR hoạt động theo nguyên tắc tuần hoàn lại bể phản ứng áp suất cao Nước rỉ rác vào bể, chạy qua dòng tuần hồn với bước lọc, chất cần tách giữ lại, nước thải sau xử lý thải Hiệu suất việc lọc Nito Amonia theo phương pháp lên đến 85% Những thuận lợi bất bợi việc đặt ngập đặt màng bể phản ứng (Modified Stepenson et al.,2000) Màng đặt ngập ₋ ₋ ₋ ₋ ₋ ₋ ₋ ₋ Thuận lợi: Diện tích nho Điều khiển lượng O2 cần thiết Ít rửa màng Chi phí vận hành thấp Chi phí bơm rửa màng thấp Năng lượng tiêu thụ thấp Bất lợi: Dễ bị tắc màng Chi phí khí cao Màng đặt ngồi ₋ ₋ ₋ Thuận lợi: Diện tích nho Loại bo hồn toàn chất rắn đầu Khử trùng đầu Có khả vận hành tải trọng cao Kết hợp loại bo COD, chất rắn, chất dinh dưỡng đơn vị Bùn sinh thấp Thời gian khởi động nhanh Khơng có vấn đề tăng thể tích ₋ ₋ ₋ ₋ ₋ ₋ ₋ Bất lợi: Sục khí có giới hạn Dễ bị tắt màng Giá màng lọc Chi phí vận hành cao Chi phí bơm cao Yêu cầu rửa màng cao Quá trình phức tạp ₋ ₋ ₋ ₋ ₋ III Cấu tạo: ₋ ₋ ₋ MBR có ống nho (hay sợi rỗng) khoảng 1mm tạo thành mạng lưới xúc tu siêu nho (0.001m) Vật liệu cấu tạo màng polymer, gốm, kim loại, hay vật liệu xốp Kích thước lỗ rỗng màng nho (micro, ultra, nano…) áp lực màng lớn, nên tuổi thọ màng giảm Vì vậy, màng có kích thước lỗ rỗng 0.1m sử dụng nhiều IV Nguyên lý hoạt động Quy trình xử lí bể lọc sinh học màng loại bo chất nhiễm vi sinh vật triệt để nên xem cơng nghệ triển vọng để xử lí nước thải MBR kỹ thuật xử lí nước thải kết hợp trình dùng màng với hệ thống bể sinh học thể động quy trình vận hành SBR sục khí ngăn cơng nghệ dòng chảy gián - - - đoạn MBR cải tiến quy trình xử lí bùn hoạt tính, việc tách cặn thực khơng cần đến bể lắng bậc Nhờ sử dụng màng, thể cặn giữ lại bể lọc, giúp cho nước sau xử lí đưa sang cơng đoạn xả bo/ tái sử dụng Vai trò MBR: Tiền xử lí: lưới lọc, song chắn rác Xử lí bậc 1: khử chất hữu N, P Xử lí bậc 2: phân tách hai pha rắn pha long qua màng Vai trò bể tách màng: Cấp đầy dưỡng chất cách hấp thu lượng amoni P lại Khử hết sinh vật lại Vận hành gián đoạn ( – 12 phút chạy, phút ngưng ) Làm màng thổi khí ngược Vận hành liên tục tháng, lưu tốc 0.3 m3/m2.ngày Sơ đồ dây chuyền cơng nghệ - Chú thích: Influent – đầu vào; Anaerobic reactor – bể kị khí; Dynamic state bioreactor – bể sinh học thể động; Membrane separation tank – bể lọc tách màng; KMS hollow fiber membrane – màng sợi rỗng KMS; OER – bể yếm khí; Suction pump – bơm hút ( hút nước sau xử lí); Effluent - đầu Cơ chế tách chất lơ lửng màng sợi rỗng ngập: Vi sinh vật, chất ô nhiễm, bùn hoàn toàn bị loại bo bề mặt màng ( lỗ rỗng 0.4 micro m ) Đồng thời có nước qua màng V.Ưu điểm hệ thống xử lí nước thải cơng nghệ màng lọc sinh học MBR • • • • • • • • • • Điều chỉnh hoạt động sinh học tốt quy trình xử lý nước thải Chất lượng đầu khơng vi khuẩn mầm bệnh, loại bo tất vi sinh vật có kích thước nho, coliform, E-coli hệ thống xử lí nước thải dùng cơng nghệ màng lọc sinh học Kích thước hệ thống xử lí nước thải màng lọc sinh học nho công nghệ truyền thống Hệ thống xử lí nước thải tăng hiệu sinh học 10 – 30% Thời gian lưu nước hệ thống xử lí nước thải ngắn Thời gian lưu bùn hệ thống nước thải dài Bùn hoạt tính tăng 2- lần Không cần bể lắng thứ cấp bể khử trùng, tiết kiệm diện tích xây dựng hệ thống xử lí nước thải Dễ dàng kiểm sốt quy trình điều khiển tự động hệ thống xử lí nước thải Tỉ lệ tải trọng chất hữu cao hệ thống xử lí nước thải cơng nghệ màng lọc sinh học • Nhờ kích thước lỗ rỗng nho: 0.01 – 0.2 µm nên ngăn cách pha rắn pha long hệ thống xử lí nước thải VI Nhược điểm: Chủ yếu tượng ghẹt màng a Đặc điểm: công nghệ MBR tượng nghẹt màng khơng tránh khoi, cần rửa màng thường xuyên Đây khó khăn việc ứng dụng cơng nghệ MBR q trình xử lý ₋ Nghẹt màng đặc trưng cho việc giảm thơng lượng dòng qua màng, kết làm tăng trở lực dòng; phụ thuộc vào cản trở lỗ lọc, nồng độ phân cực hình thành lớp bánh bùn ₋ Nghẹt màng phụ thuộc vào nhiều yếu tố tích luỹ hạt bùn, bám dính đại phân tử bề mặt màng tắc nghẽn màng phân tử nho lớp bùn hình thành tích luỹ phân tử bùn ₋ Sự nghẽn màng không quan sát thơng lượng dòng trì mức giới hạn, vượt qua ngưỡng giới hạn, phân tử bắt đầu tích luỹ bề mặt màng gọi lớp bánh bùn Lớp bánh bùn loại bo khoi bề mặt màng phương pháp rửa vật lý, nghẹt màng thuận nghịch ₋ Một nguyên nhân khác gây nên nghẹt màng hấp thụ phần tử hoà tan vào lỗ lọc màng, cản trở lọc gọi nghẹt màng khơng thuận nghịch loại bo phương pháp hoá học b Cơ chế nghẹt màng: Có chế hình thành lớp bánh bùn nguyên nhân phân cực, bít lỗ màng làm hẹp lỗ màng ₋ Lớp bánh bùn điểm giới hạn phân cực nơi mà số lượng lớn phân tử tích luỹ màng phụ thuộc vào kích thước lỗ ₋ Sự bít lỗ màng nguyên nhân đại phân tử hữu vào lỗ lọc vài kim loại nặng làm cho tắt nghẽn trở nên nhanh Những vi khuẩn nho tập trung lại làm nghẹt lỗ lọc ₋ Một vài chất bẩn, vi khuẩn nho đại phân tử hoà tan vào lỗ lọc hình thành tường lỗ lọc, dẫn đến làm giảm diện tích lỗ lọc màng làm gia tăng trở lực màng Cơ chế gọi làm hẹp lỗ màng Ba loại chất bẩn gây nghẹt màng: ₋ Kết tủa hữu (cơ chất sinh học, đại phân tử…) Đại phân tử phân tử protein nước thải đại phân tử hữu chuỗi hữu sản phẩm phát sinh từ quas trình phân huỷ sinh học ₋ Kết tủa (Hydroxit kim loại, muối canxi…) thay đổi tuỳ điều kiện môi trường (pH, ion) phụ thuộc vào hoạt động vi sinh vật MBR hình thành chất kết tủa Kết tủa dạng keo (hổn hợp hydrat hoá calcium photphat citrate ) dễ hình thành nghẹt màng ₋ Các hạt (tế bào, mảnh vỡ, bùn sinh học…), phân tử chất long hình thành lớp bánh bùn bề mặt màng kết giảm thông lượng màng Làm màng: Để kéo dài tuổi thọ cho màng, cần làm 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 1, làm thổi khí: cách đơn giản dùng khí thổi từ lên cho bọt khí vào ruột màng chui theo lỗ rỗng ngoài, đẩy cặn bám khoi màng 2, làm cách ngâm dung dịch hóa chất: Nếu tổn thất áp qua màng tăng lên 25 – 30 cmHg so với bình thường, dùng cách rửa màng thổi khí, cần làm màng cách ngâm vào thùng hóa chất riêng khoảng -4 giờ( dùng chlorine với liều lượng – g/L, thực – 12 tháng lần ) VII Ứng dụng màng lọc sinh học hệ thống xử lí nước thải Xử lí nước thải ngành y tế ( hệ thống xử lí nước thải bệnh viện, hệ thống xử lí nước thải phòng khám, hệ thống xử lí nước thải nha khoa, hệ thống xử lí nước thải thẩm mỹ viện) • Xử lí nước thải ngành cơng nghiệp • • • Xử lí nước thải thị tái sử dụng Nước hồn lưu cho tòa nhà cao cấp ... trình xử lý bùn hoạt tính mơ tả đơn giản bể chứa tiếp nhận xử lý mẻ Một mẻ xử lý, phần mẻ xả thải mẻ khác thu gom nước thải, nước xử lý xả thải sau một mẻ thu gom nước thải khác, nước xử lý xả thải. .. chỉnh lưu lượng khí nhằm cung cấp oxy giúp giá thể chuyển động bể hiếu khí Nước thải sau xử lý bể hiếu khí dẫn vào bể lắng (7), phần nước thải từ bể lắng bơm tuần hoàn (2) bể thiếu khí với lưu lượng... thể chuyển động bể Sau xử lý bể thiếu khí nước thải dẫn vào bể hiếu khí (6) ống dẫn Tại bể hiếu khí có lắp đặt hệ thống phân phối khí thổi khí liên tục máy thổi khí (3), lưu lượng khí điều chỉnh