- DOI:10.22144/ctu.jvn.2017.112 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƯỚC THẢI DÂN CƯ. - BOD 5 , bùn hoạt tính, COD, MBR, nước thải dân cư, sinh khối. - Mục đích của nghiên cứu nhằm đánh giá khả năng xử lý nước thải dân cư bằng công nghệ màng lọc sinh học (MBR). - Mô hình thí nghiệm MBR là sự kết hợp giữa hai quá trình phân hủy sinh học chất hữu cơ và kỹ thuật tách sinh khối vi sinh bằng màng. - Nghiên cứu bố trí thí nghiệm, đánh giá hiệu quả xử lý nước thải dân cư trong thời gian 121 ngày với tải lượng chất hữu cơ dao động từ 1,7 đến 6,8 kgCOD/m 3 .ngày.. - Nhờ nồng độ sinh khối cao, MBR gia tăng hiệu quả xử lý nước thải so với phương pháp truyền thống. - Hiệu quả xử lý trung bình TSS, BOD 5 , COD, TN, TP tương ứng lần lượt 89,4. - Nhìn chung, công nghệ màng lọc có thể áp dụng để xử lý nguồn nước thải có tải lượng chất hữu cơ cao và là giải pháp hữu hiệu bảo vệ môi trường bền vững.. - Nghiên cứu xử lý nước thải dân cư bằng công nghệ màng lọc sinh học MBR (Membrane bioreactor). - Công nghệ màng lọc sinh học MBR (membrane bioreactor) là sự kết hợp quá trình bùn hoạt tính sinh học và màng lọc (Baker, 2004). - Đây là một trong những phương pháp tiên tiến, đã được áp dụng xử lý thành công nhiều loại nước thải khác nhau từ đô thị cho tới các loại nước thải công nghiệp, y tế có thành phần phức tạp và khó xử lý.. - MBR là sự kết hợp quá trình bùn hoạt tính với màng để tách bùn ra khỏi dòng sau xử lý. - Đồng thời, bùn sinh học sẽ được giữ lại trong bể phản ứng, mật độ vi sinh cao nên nâng cao hiệu suất xử lý chất ô nhiễm (Water Enviroment Federation, 2006). - Vật liệu chế tạo màng lọc gồm các chất liệu vô cơ hoặc hữu cơ.. - Tuy nhiên xu hướng sử dụng màng lọc có nguồn gốc hữu cơ được sử dụng rộng rãi hơn. - Màng lọc hữu cơ như polypropylene, polyethylene, polyacrylonitrile, polysulfone, aromatic polyamide, fluorinated polymer. - Các nghiên cứu trước đây cho thấy tính ưu việt của việc ứng dụng công nghệ MBR xử lý nước thải y tế, công nghiệp hay sinh hoạt. - Nghiên cứu thử nghiệm cho đối tượng nước thải chế biến thủy hải. - sản đạt hiệu quả xử lý BOD 5 , COD và TOC cao, lần lượt tương ứng 99, 85 và 85% (Sridang et al., 2006). - Công nghệ MBR cũng đạt hiệu quả xử lý cao đối với nước thải công nghiệp hóa dầu (Qin et al., 2007) và nước thải y tế (Saima Fazal et al., 2015). - Một số công trình trong nước nghiên cứu xử lý nước thải sinh hoạt của các tác giả Đỗ Khắc Uẩn và ctv. - Trong nghiên cứu này, mô hình thí nghiệm MBR là sự kết hợp giữa hai quá trình cơ bản (phân hủy sinh học chất hữu cơ và kỹ thuật tách sinh khối bằng màng) trong một đơn nguyên nhằm mục đích đánh giá hiệu quả xử lý nước thải dân cư ở thành phố Hồ Chí Minh.. - 2 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. - 2.1 Vật liệu nghiên cứu. - Nước thải nghiên cứu được lấy từ một số khu dân cư ở thành phố Hồ Chí Minh. - Nước thải sau khi lấy được xử lý sơ bộ bằng lưới lọc tinh nhằm loại bỏ các vật liệu thô, rắn, kích thước lớn như rác, lá cây. - Kết quả phân tích chất lượng nước đầu vào cho thấy nồng độ oxy hòa tan thấp và hàm lượng hữu cơ khá cao.. - Giá trị trung bình hàm lượng BOD 5 , COD không đáp ứng Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN 14:2008/BTNMT và lần lượt tương ứng 312 và 630 mg/l. - Bảng 1: Kết quả chất lượng nước thải đô thị và giới hạn cho phép. - Chú thích: QCVN 14:2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt. - b QCVN 40:2011/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp (cột A) Màng MBR sử dụng là màng sợi rỗng, có kích. - Để duy trì DO ≥ 2,0 mg/l trong quá trình vận hành, nghiên cứu bố trí sử dụng thiết bị cấp khí có lưu lượng 1,7 m 3 /h. - Không khí được cung cấp để vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ, thúc đẩy quá trình nitrát hóa và giảm tắc nghẽn màng. - Mô hình nghiên cứu tiến hành điều chỉnh pH dao động trong khoảng 6,5-8,0 và vận hành trong thời gian 121 ngày với chế độ thời gian lưu thủy lực (hydraulic retention time: HRT) khác nhau để đánh giá hiệu quả xử lý TSS, BOD 5 , COD, N, P.. - bùn, ngày Tải lượng chất hữu cơ, kgCOD/m 3 .ngày. - Theo như nghiên cứu của Stefan &. - Walter (2001), quá trình thí nghiệm được khảo sát với thời gian lưu nước HRT thấp nhất ở mức 1,5 giờ trên đối tượng nước thải đô thị. - Kinh nghiệm đối với các nguồn nước thải sinh hoạt từ các khu dân cư, việc thiết lập HRT thường lựa chọn trong khoảng 1,5- 7,5 giờ (Defrance &. - Huang et al., 2000. - cứu này, nhằm mục đích khảo sát đánh giá khả năng xử lý các chất ô nhiễm ở các tải lượng chất hữu cơ khác nhau, nghiên cứu tiến hành điều chỉnh và thay đổi lưu lượng nạp nước trong quá trình thí nghiệm theo các giai đoạn với lưu lượng lít/giờ. - Tải lượng chất hữu cơ (organic loading rate: OLR) dao động trong khoảng giá trị 1,7 đến 6,8 kgCOD/m 3 .ngày.. - 2.3 Phương pháp phân tích và xử lý số liệu Phương pháp phân tích các thông số chất lượng nước theo phương pháp chuẩn APHA, 2005. - Hình 2: Nồng độ sinh khối và chỉ số F/M trong bể phản ứng theo các tải lượng chất hữu cơ Hoạt động vận hành có tỷ số F/M khá thấp và. - Quá trình tạo bùn thấp trong điều kiện F/M thấp cũng được khẳng định trong công trình nghiên cứu của nhóm tác giả Huang et al. - năng xử lý ổn định và đạt hiệu suất loại bỏ COD cao (Rosenberger et al., 2002).. - 3.2 Khả năng loại bỏ hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng. - Khả năng xử lý hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (TSS) theo các tải lượng chất hữu cơ khác nhau được thống kê và trình bày ở Bảng 4.. - Bảng 4: Hiệu quả xử lý TSS theo các tải lượng chất hữu cơ khác nhau. - Hàm lượng TSS trước và sau xử lý lần lượt có giá trị dao động trong khoảng 198,5 đến 402,1 mg/l và 18,0 đến 49,0 mg/l. - Các kết quả cho thấy sự phù hợp với Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải. - Nghiên cứu của Chu &. - Hình 3: Sự thay đổi hàm lượng và hiệu quả xử lý TSS trong quá trình vận hành Hiệu quả xử lý hàm lượng chất rắn lơ lửng tổng. - Trung bình mức độ xử lý theo các tải lượng chất hữu cơ khác nhau lần lượt được thể hiện ở Bảng 4 và Hình 3.. - Trong đó, hiệu quả có xu hướng tăng dần theo việc tăng tải lượng chất hữu cơ theo thời gian. - Đối với các chất hữu cơ hòa tan được vi sinh vật sử dụng làm nguồn cơ chất để tạo tế bào mới. - Các hợp chất hữu cơ không phân hủy sinh học được loại bỏ bằng cơ chế lọc các hạt lơ lửng và thải bỏ cùng với bùn.. - Theo như nghiên cứu của Gander et al. - (2000) màng lọc sinh học sẽ loại bỏ các hạt hữu cơ không tan và thải cùng với sinh khối.. - 3.3 Khả năng xử lý các hợp chất hữu cơ Hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ chủ yếu nhờ vào hoạt động của vi sinh vật (bông bùn hoạt tính) trong bể phản ứng và một phần nhỏ là kết quả của. - quá trình lọc màng (Xing et al., 2000). - Giá trị thông số BOD 5 , COD trước và sau xử lý trong suốt thời gian 121 ngày vận hành được thể hiện ở Hình 4. - Kết quả sau xử lý dao động từ 8,7 đến 29,0 mg/l. - Trong khi, theo như QCVN 14:2008/BTNMT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt (Cột A), ngưỡng giới hạn cho phép đối với các chỉ tiêu BOD 5 , COD lần lượt là 30 và 75 mg/l. - Hình 4: Sự thay đổi hàm lượng và hiệu suất xử lý chất hữu cơ trong quá trình vận hành . - Hàm lượng TSS, mg/l. - Chất hữu cơ, mg/l. - Trong điều kiện tuổi bùn cao đạt được do thời gian lưu bùn lớn (25 ngày) cho phép quá trình khoáng hóa hoàn toàn các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học trong nước thải. - Hiệu quả xử lý BOD 5. - tăng theo thời gian khi tăng tải lượng chất hữu cơ từ 1,7 (tương ứng hiệu suất 93,2%) lên 6,8 kgCOD/m 3 .ngày (tương đương 95,6. - Chi tiết hiệu suất xử lý BOD 5 và COD theo các tải lượng chất hữu cơ khác nhau được trình bày ở các Bảng 5.. - Bảng 5: Hiệu quả xử lý BOD 5 và COD theo các tải lượng chất hữu cơ khác nhau. - kgCOD/m 3 .ngày 10 Trung bình Độ lệch chuẩn Kết quả nghiên cứu được thể hiện ở Hình 4 cho. - thấy hiệu suất xử lý các hợp chất hữu cơ của công nghệ MBR trên 89%. - Nghiên cứu của Xing et al.. - (2001) trên nước thải đô thị cũng có kết quả loại COD rất tốt, hiệu suất xử lý đạt 95%. - Trong khi mức độ xử lý COD dao động từ 89,6% (ngày thứ 34) đến 94,9% (ngày thứ 91). - cao hơn so với COD cho thấy thành phần, tính chất nước thải chứa nhiều chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học. - 3.4 Khả năng xử lý các chất dinh dưỡng Hiệu quả xử lý nitơ ở giai đoạn đầu khá thấp (59,0%) do quá trình nitrát hóa diễn ra còn chậm.. - Ở các giai đoạn 2 và 3, khi tăng tải lượng chất hữu cơ lên mức 3,4 và 5,1 kgCOD/m 3 .ngày thì mức độ xử lý TN đạt được sự ổn định nhất định, với lần lượt hiệu suất 65,9% và 69,7%. - Tuy nhiên, trên phương diện chung thì hiệu quả xử lý nitơ trong nghiên cứu này thấp hơn so với các công trình tương tự. - Cụ thể, xem xét các nghiên cứu của Wang et al. - (2015) cho thấy mức độ xử lý nitơ khá cao và lần lượt tương ứng 70, 89 và 90. - Hình 5: Sự thay đổi hàm lượng và hiệu quả xử lý nitơ và phốt-pho quá trình vận hành . - Bảng 6: Hiệu quả xử lý N và P theo các tải lượng chất hữu cơ khác nhau. - kgCOD/m 3 .ngày 10 Trung bình Độ lệch chuẩn Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng việc loại phốt-. - So sánh với nghiên cứu của nhóm tác giả Monclus et al. - Mức độ xử lý TP dao động trong khoảng 52,5% (ngày thứ 7) đến 81,3% (ngày thứ 73). - Trong điều kiện hiếu khí, hàm lượng phốt- pho trong nước thải sẽ được vi khuẩn ưa phốt-pho hấp thụ và tích lũy. - Trung bình hiệu suất xử lý TN và TP lần lượt đạt 64,6%. - Công nghệ màng MBR hiếu khí được xem là giải pháp thích hợp xử lý, loại bỏ nitơ trong nước thải sinh hoạt nhờ quá trình khử nitrát hóa không hoàn toàn tạo thành oxit nitơ (NO, N 2 O) và thoát ra khỏi tế bào (Ueda et al., 1996).. - Nghiên cứu áp dụng công nghệ màng MBR xử lý nước thải dân cư có hiệu quả xử lý BOD 5 , COD trên 90%. - xử lý nitơ đạt và phốt-pho đạt 64,6-85,1%. - Hàm lượng cặn lơ lửng cũng được loại bỏ và đáp ứng yêu cầu Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt QCVN14:2008/. - Hiệu quả loại N và P được tăng cường ngay cả trong điều kiện vận hành OLR thấp. - Bể phản ứng tạo điều kiện thuận lợi để vi sinh vật phân giải và xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải. - Khả năng thấm lọc qua màng có kích thước khe nhỏ cũng góp phần nâng cao hiệu quả loại bỏ tác nhân gây ô nhiễm.. - MBR là công nghệ có thể ứng dụng xử lý nước thải sinh hoạt nhằm mục đích kiểm soát ô nhiễm và bảo vệ môi trường hiệu quả, đặc biệt phù hợp đối với. - các khu dân cư, đô thị mới có hệ thống thu gom nước thải hoàn chỉnh.. - Ứng dụng công nghệ AO-MBR để xử lý nước thải sinh hoạt Hà Nội. - Đánh giá các ảnh hưởng của thông số động học và điều kiện vận hành đến sản lượng bùn dư trong hệ thống xử lý nước thải đô thị bằng phương pháp sinh học kết hợp với lọc màng