Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hóa phát triển mạnh mẽ tại Việt Nam, lượng nước thải công nghiệp, đặc biệt là nước thải ngành thuộc da, ngày càng gia tăng và gây áp lực lớn lên môi trường. Nước thải thuộc da chứa nhiều hợp chất hữu cơ, kim loại nặng và các chất dinh dưỡng như nitơ và photpho với nồng độ cao, gây ô nhiễm nghiêm trọng nếu không được xử lý hiệu quả. Theo báo cáo của ngành, nước thải thuộc da tại một số khu công nghiệp có COD dao động từ 2000 đến 2500 mg/L, NH4-N từ 600 đến 1200 mg/L và tổng nitơ (TN) từ 700 đến 1400 mg/L, cho thấy mức độ ô nhiễm rất cao. Mục tiêu nghiên cứu là đánh giá hiệu quả xử lý các chỉ tiêu COD, NH4-N, TKN và TN của công nghệ SBR dòng vào liên tục (ICEAS) kết hợp sử dụng giá thể PVA trong xử lý nước thải thuộc da, đồng thời khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng đầu vào đến khả năng lắng của bùn và nồng độ đầu ra. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi nước thải thuộc da tại Công ty TNHH Thuộc da Đặng Tư Ký, KCN Lê Minh Xuân, TP. Hồ Chí Minh, trong khoảng thời gian từ tháng 8/2015 đến tháng 6/2016. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ xử lý nước thải ngành thuộc da, góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường và nâng cao hiệu quả sản xuất của doanh nghiệp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính: công nghệ xử lý nước thải theo mẻ Sequencing Batch Reactor (SBR) và công nghệ cải tiến Intermittent Cycle Extended Aeration System (ICEAS). SBR là hệ thống xử lý sinh học theo mẻ với các pha làm đầy, phản ứng, lắng, xả nước và nghỉ, trong đó quá trình sục khí và lắng diễn ra trong cùng một bể. ICEAS là phiên bản cải tiến của SBR với dòng đầu vào liên tục, giảm số pha vận hành còn ba pha chính: phản ứng, lắng và rút nước, giúp ổn định nồng độ sinh khối và giảm chi phí vận hành. Ngoài ra, nghiên cứu áp dụng khái niệm giá thể di động PVA nhằm tăng diện tích bề mặt tiếp xúc cho vi sinh vật, nâng cao mật độ sinh khối và hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm. Các khái niệm chính bao gồm: COD (Chemical Oxygen Demand), NH4-N (Amoni), TKN (Tổng Nitơ Kjeldahl), TN (Tổng Nitơ), SVI (Chỉ số bùn lắng), MLSS (Mixed Liquor Suspended Solids) và MLVSS (Mixed Liquor Volatile Suspended Solids).

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là nước thải thuộc da sau xử lý hóa lý tại Công ty Đặng Tư Ký. Mô hình thí nghiệm được thiết kế bằng acrylic với thể tích 20 lít, gồm hai ngăn: ngăn phụ và ngăn phản ứng, vận hành theo chu kỳ 8 giờ với pha sục khí và khuấy trộn 7 giờ, pha lắng 0.5 giờ. Thí nghiệm được chia làm hai giai đoạn: giai đoạn 1 vận hành không có giá thể PVA với tải trọng 0.5 ngày, giai đoạn 2 bổ sung giá thể PVA với tải trọng 1 ngày. Các chỉ tiêu COD, NH4-N, TKN, TN được đo định kỳ bằng phương pháp chuẩn, đồng thời thực hiện thí nghiệm lắng và rút nước để khảo sát ảnh hưởng của lưu lượng đầu vào đến khả năng lắng bùn và nồng độ đầu ra. Cỡ mẫu được lựa chọn phù hợp với thể tích mô hình và chu kỳ vận hành nhằm đảm bảo tính đại diện. Phân tích số liệu sử dụng phương pháp thống kê mô tả và so sánh hiệu suất xử lý giữa các điều kiện vận hành khác nhau.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Hiệu quả xử lý COD: Ở tải trọng 1 ngày, hiệu suất xử lý COD đạt khoảng 83% khi sử dụng giá thể PVA, cao hơn so với điều kiện không có giá thể. Khi tải trọng tăng từ 0.5 lên 1 ngày, hiệu quả xử lý COD giảm nhẹ nhưng vẫn duy trì trên 80%.

  2. Hiệu quả xử lý NH4-N và TKN: Hiệu suất xử lý NH4-N và TKN giảm khi tải trọng tăng, với hiệu suất xử lý NH4-N giảm từ khoảng 75% xuống còn 65%, trong khi TKN giảm từ 70% xuống 60%. Giá thể PVA giúp cải thiện hiệu quả xử lý các chỉ tiêu này khoảng 5-7% so với không sử dụng giá thể.

  3. Hiệu quả xử lý tổng nitơ (TN): Ngược lại với COD và NH4-N, hiệu suất xử lý TN tăng khi tải trọng tăng, đạt trên 85% ở tải trọng 1 ngày với giá thể PVA. Điều này cho thấy quá trình khử nitrat diễn ra hiệu quả hơn ở tải trọng cao.

  4. Ảnh hưởng của lưu lượng đầu vào: Lưu lượng đầu vào liên tục ảnh hưởng rõ rệt đến nồng độ các chất đầu ra, tuy nhiên không làm thay đổi khả năng lắng của bùn. Thí nghiệm lắng cho thấy chỉ số SVI duy trì ổn định trong khoảng 150-180 ml/g, phù hợp với tiêu chuẩn vận hành.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý COD và các hợp chất nitơ giảm khi tải trọng tăng do áp lực tải hữu cơ và dinh dưỡng cao làm giảm khả năng oxy hóa và chuyển hóa của vi sinh vật. Tuy nhiên, việc sử dụng giá thể PVA đã giúp tăng diện tích bề mặt bám dính vi sinh, nâng cao mật độ sinh khối và cải thiện hiệu quả xử lý. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trước đây về công nghệ ICEAS và giá thể di động trong xử lý nước thải công nghiệp. Việc lưu lượng đầu vào liên tục giúp ổn định nồng độ sinh khối, giảm hiện tượng bung bùn và duy trì khả năng lắng tốt, điều này được minh họa qua biểu đồ chỉ số SVI ổn định trong suốt quá trình vận hành. So với công nghệ SBR truyền thống, ICEAS với dòng vào liên tục và giá thể di động cho thấy ưu thế vượt trội về hiệu quả xử lý và ổn định vận hành, đặc biệt trong xử lý nước thải thuộc da có tính chất phức tạp và tải trọng cao.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Áp dụng công nghệ ICEAS kết hợp giá thể PVA trong xử lý nước thải thuộc da: Động từ hành động là "triển khai" nhằm nâng cao hiệu quả xử lý COD và các hợp chất nitơ, giảm chi phí vận hành. Thời gian thực hiện trong vòng 12 tháng, chủ thể là các doanh nghiệp thuộc da và nhà quản lý môi trường.

  2. Tối ưu hóa tải trọng vận hành: Đề xuất "điều chỉnh" tải trọng vận hành phù hợp, không vượt quá 1 ngày để duy trì hiệu suất xử lý trên 80%, giảm thiểu hiện tượng giảm hiệu quả xử lý khi tải trọng cao.

  3. Kiểm soát lưu lượng đầu vào liên tục: "Duy trì" lưu lượng đầu vào ổn định nhằm đảm bảo khả năng lắng bùn và ổn định nồng độ đầu ra, giảm thiểu sự biến động trong quá trình vận hành. Chủ thể thực hiện là kỹ thuật viên vận hành hệ thống.

  4. Nâng cao năng lực vận hành và bảo trì: "Đào tạo" nhân sự vận hành về công nghệ ICEAS và quản lý giá thể di động để đảm bảo hệ thống hoạt động hiệu quả và bền vững. Thời gian đào tạo dự kiến 3-6 tháng, do các chuyên gia môi trường thực hiện.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Doanh nghiệp ngành thuộc da: Giúp cải thiện công nghệ xử lý nước thải, giảm chi phí vận hành và nâng cao chất lượng nước thải đầu ra, đáp ứng tiêu chuẩn môi trường.

  2. Chuyên gia và nhà nghiên cứu môi trường: Cung cấp cơ sở lý thuyết và thực nghiệm về công nghệ ICEAS kết hợp giá thể di động, làm nền tảng cho các nghiên cứu tiếp theo trong xử lý nước thải công nghiệp.

  3. Cơ quan quản lý môi trường: Hỗ trợ trong việc xây dựng chính sách, quy chuẩn kỹ thuật và hướng dẫn áp dụng công nghệ xử lý nước thải hiệu quả, thân thiện với môi trường.

  4. Sinh viên và học viên cao học ngành kỹ thuật môi trường: Là tài liệu tham khảo quý giá về thiết kế mô hình, phương pháp nghiên cứu và phân tích hiệu quả xử lý nước thải công nghiệp phức tạp.

Câu hỏi thường gặp

  1. Công nghệ ICEAS khác gì so với SBR truyền thống?
    ICEAS sử dụng dòng đầu vào liên tục thay vì gián đoạn như SBR, giúp ổn định nồng độ sinh khối, giảm chi phí vận hành và tăng hiệu quả xử lý, đặc biệt phù hợp với nước thải có tải trọng biến động.

  2. Giá thể PVA có vai trò gì trong xử lý nước thải?
    Giá thể PVA cung cấp bề mặt lớn cho vi sinh vật bám dính, tăng mật độ sinh khối, cải thiện khả năng xử lý các chất ô nhiễm và nâng cao hiệu suất xử lý COD, NH4-N, TKN và TN.

  3. Lưu lượng đầu vào ảnh hưởng thế nào đến quá trình xử lý?
    Lưu lượng đầu vào liên tục giúp duy trì ổn định nồng độ sinh khối và khả năng lắng bùn, giảm hiện tượng biến động nồng độ đầu ra, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý tổng thể.

  4. Hiệu suất xử lý nitơ trong nghiên cứu đạt mức nào?
    Hiệu suất xử lý tổng nitơ (TN) đạt trên 85% ở tải trọng 1 ngày khi sử dụng giá thể PVA, cho thấy khả năng khử nitrat và loại bỏ nitơ hiệu quả của hệ thống ICEAS.

  5. Có thể áp dụng công nghệ này cho các loại nước thải khác không?
    Công nghệ ICEAS kết hợp giá thể di động có thể áp dụng hiệu quả cho nhiều loại nước thải công nghiệp và sinh hoạt có tải trọng hữu cơ và dinh dưỡng cao, tuy nhiên cần điều chỉnh thông số vận hành phù hợp từng loại nước thải.

Kết luận

  • Nghiên cứu đã chứng minh công nghệ ICEAS dòng vào liên tục kết hợp giá thể PVA xử lý hiệu quả nước thải thuộc da với hiệu suất xử lý COD đạt khoảng 83% và TN trên 85% ở tải trọng 1 ngày.
  • Giá thể PVA giúp tăng mật độ sinh khối, cải thiện hiệu quả xử lý các chỉ tiêu nitơ và COD so với điều kiện không sử dụng giá thể.
  • Lưu lượng đầu vào liên tục ổn định duy trì khả năng lắng bùn tốt, giảm hiện tượng biến động nồng độ đầu ra.
  • Kết quả nghiên cứu cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn cho việc ứng dụng công nghệ ICEAS trong xử lý nước thải ngành thuộc da tại Việt Nam.
  • Đề xuất triển khai áp dụng công nghệ trong các doanh nghiệp thuộc da, đồng thời đào tạo nhân sự vận hành để đảm bảo hiệu quả và bền vững trong tương lai.

Hành động tiếp theo là tiến hành thử nghiệm mở rộng quy mô thực tế và đánh giá chi phí vận hành để hoàn thiện giải pháp công nghệ. Các doanh nghiệp và nhà quản lý môi trường được khuyến khích nghiên cứu và áp dụng công nghệ này nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải và bảo vệ môi trường.