I. Tổng quan về nước thải sản xuất chitin
Nghiên cứu tập trung vào kiểm soát bẩn màng MBR trong xử lý nước thải phụ phẩm chế biến tôm có độ cứng và độ mặn cao. Nước thải này chứa hàm lượng canxi và muối khoáng cao, gây ra các vấn đề về bẩn màng và ảnh hưởng đến hiệu suất xử lý. MBR (Membrane Bioreactor) là công nghệ tiên tiến, kết hợp quá trình sinh học và tách pha bằng màng, được ứng dụng để xử lý nước thải phức tạp. Tuy nhiên, sự tích tụ canxi và muối trên bề mặt màng làm giảm hiệu quả vận hành. Nghiên cứu này nhằm đánh giá các yếu tố ảnh hưởng đến bẩn màng và đề xuất giải pháp kiểm soát hiệu quả.
1.1. Đặc tính nước thải phụ phẩm tôm
Nước thải phụ phẩm tôm có độ cứng cao do hàm lượng canxi (CaCO3) lên đến 440 mg/L và độ mặn khoảng 33‰. Các thành phần chính bao gồm chất hữu cơ, protein, và muối khoáng. Bẩn màng xảy ra do sự tích tụ canxi và muối trên bề mặt màng, làm tăng trở lực màng và giảm thông lượng. Nghiên cứu chỉ ra rằng, ở tải trọng F/M = 0,1 kgCOD/kgMLVSS.d, hiệu suất xử lý COD đạt 95-98%, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải. Tuy nhiên, quá trình nitrate hóa bị ảnh hưởng nghiêm trọng khi nồng độ muối và canxi tăng cao.
1.2. Ảnh hưởng của độ cứng và độ mặn đến MBR
Độ cứng và độ mặn là hai yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu suất MBR. Canxi tích tụ trong bùn và trên bề mặt màng, gây ra bẩn màng và tăng TMP (Transmembrane Pressure). Nghiên cứu cho thấy, ở nồng độ canxi 1 g/L và độ mặn 27‰, quá trình bẩn màng diễn ra chậm và thông lượng màng được duy trì ổn định. Tuy nhiên, khi nồng độ canxi tăng lên 3 g/L, sự tích tụ canxi trong bùn tăng đáng kể, làm giảm hiệu suất xử lý. Kết quả SEM và EDX cho thấy sự hiện diện của canxi và muối trên bề mặt màng.
II. Phương pháp nghiên cứu
Nghiên cứu được thực hiện trên mô hình MBR quy mô phòng thí nghiệm, sử dụng nước thải phụ phẩm tôm từ nhà máy chế biến thủy sản. Quá trình vận hành được chia thành hai giai đoạn: giai đoạn đầu với tải trọng F/M = 0,1-0,2 kgCOD/kgMLVSS.d và giai đoạn hai với tải trọng F/M = 0,2 kgCOD/kgMLVSS.d. Các chỉ tiêu như TMP, thông lượng, và trở lực màng được theo dõi để đánh giá mức độ bẩn màng. Phương pháp SEM và EDX được sử dụng để phân tích cấu trúc và thành phần bề mặt màng.
2.1. Xác định trở lực màng
Trở lực màng được xác định thông qua sự thay đổi TMP và thông lượng. Kết quả cho thấy, khi nồng độ canxi và độ mặn tăng, TMP tăng đáng kể, dẫn đến giảm thông lượng. Ở giai đoạn đầu, TMP tăng từ 10 kPa lên 25 kPa khi nồng độ canxi tăng từ 170 mg/L lên 440 mg/L. Ở giai đoạn hai, với nồng độ canxi 1 g/L và độ mặn 27‰, TMP duy trì ở mức 15 kPa, cho thấy sự ổn định của hệ thống.
2.2. Phân tích SEM và EDX
Phương pháp SEM và EDX được sử dụng để phân tích cấu trúc và thành phần bề mặt màng. Kết quả SEM cho thấy sự tích tụ canxi và muối trên bề mặt màng, tạo thành lớp cặn dày. Phân tích EDX xác nhận sự hiện diện của canxi, carbon, và oxy, chứng minh sự hình thành CaCO3 trên bề mặt màng. Điều này giải thích nguyên nhân gây bẩn màng và tăng trở lực màng.
III. Kết quả và thảo luận
Nghiên cứu đã chỉ ra rằng, MBR có khả năng xử lý hiệu quả nước thải phụ phẩm tôm với độ cứng và độ mặn cao. Tuy nhiên, sự tích tụ canxi và muối trên bề mặt màng là nguyên nhân chính gây bẩn màng. Ở tải trọng F/M = 0,1 kgCOD/kgMLVSS.d, hiệu suất xử lý COD đạt 95-98%, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải. Tuy nhiên, quá trình nitrate hóa bị ảnh hưởng nghiêm trọng khi nồng độ muối và canxi tăng cao. Kết quả SEM và EDX cho thấy sự hiện diện của canxi và muối trên bề mặt màng, chứng minh nguyên nhân gây bẩn màng.
3.1. Hiệu quả xử lý COD
Hiệu suất xử lý COD đạt 95-98% ở tải trọng F/M = 0,1 kgCOD/kgMLVSS.d, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải. Tuy nhiên, khi nồng độ canxi và độ mặn tăng, hiệu suất xử lý giảm nhẹ. Ở giai đoạn hai, với nồng độ canxi 1 g/L và độ mặn 27‰, hiệu suất xử lý COD trung bình đạt 96%, nhưng chưa đạt tiêu chuẩn xả thải. Điều này cho thấy sự ảnh hưởng của độ cứng và độ mặn đến hiệu suất MBR.
3.2. Ảnh hưởng của canxi đến bẩn màng
Canxi là nguyên nhân chính gây bẩn màng trong MBR. Khi nồng độ canxi tăng, sự tích tụ canxi trong bùn và trên bề mặt màng tăng đáng kể, làm tăng TMP và giảm thông lượng. Kết quả SEM và EDX cho thấy sự hiện diện của canxi và muối trên bề mặt màng, chứng minh nguyên nhân gây bẩn màng. Nghiên cứu đề xuất giảm nồng độ canxi trong nước thải để kiểm soát bẩn màng hiệu quả.
