Luận văn thạc sĩ công nghệ môi trường nghiên cứu đánh giá hệ thống màng pilot ultrafiltration xử lý nước thải khu công nghiệp sau xử lý sinh học cho mục đích tái sử dụng

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hệ thống màng pilot ultrafiltration xử lý nước thải khu công nghiệp sau xử lý sinh học, hướng tới mục đích tái sử dụng hiệu quả.

• Tác giả: Phạm Duy Tân
• Người hướng dẫn: TS. Hà Dương Xuân Bảo
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công nghệ môi trường
• Đề tài: Nghiên cứu đánh giá hệ thống màng pilot ultrafiltration xử lý nước thải khu công nghiệp sau xử lý sinh học cho mục đích tái sử dụng
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• LỜI CAM ĐOAN
• DANH MỤC BẢNG
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
• 1. CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Phạm vi nghiên cứu
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. Nước thải khu công nghiệp Tân Bình
• 2.1.1. Nước thải khu công nghiệp
• 2.1.2. Nước thải KCN Tân Bình
• 2.2. Công nghệ màng lọc ultrafiltration
• 2.2.1. Giới thiệu chung về công nghệ màng lọc UF
• 2.2.2. Hiện trạng nghiên cứu và ứng dụng công nghệ màng lọc UF
• 2.2.3. Tình hình nghiên cứu về bẩn màng
• 2.3. Tái sử dụng nước thải
• 3. CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
• 3.1. Nội dung nghiên cứu
• 3.2. Nước thải cấp cho hệ thống màng UF
• 3.3. Mô hình nghiên cứu
• 3.3.1. Mô hình nghiên cứu
• 3.3.2. Quy trình vận hành của hệ thống UF
• 3.3.3. Phương pháp jartest
• 3.4. Phương pháp phân tích mẫu
• 3.4.1. Phương pháp thu và bảo quản mẫu
• 3.4.2. Phương pháp phân tích mẫu nước thải
• 3.5. Phương pháp điều tra về tái sử dụng nước
• 3.6. Phương pháp xử lý số liệu
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Hiệu quả xử lý nước thải của hệ thống
• 4.1.1. Hiệu quả xử lý chất rắn lơ lửng và độ đục
• 4.1.2. Hiệu quả xử lý COD và độ màu
• 4.1.3. Hiệu quả xử lý các hợp chất nitơ và phot pho
• 4.2. Đặc tính bẩn màng của hệ thống pilot UF
• 4.3. Hiệu suất thu hồi nước thải (Recovery) và chi phí xử lý
• 4.4. Khả năng tái sử dụng nước thải
• 4.4.1. Khả năng đáp ứng yêu cầu tái sử dụng
• 4.4.2. Tiềm năng tái sử dụng nước
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN – KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Hệ thống màng ultrafiltration và ứng dụng trong xử lý nước thải công nghiệp

Hệ thống màng ultrafiltration (UF) là công nghệ tiên tiến được sử dụng để xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt là nước thải sau xử lý sinh học. Màng UF với kích thước lỗ lọc 0.03 µm có khả năng loại bỏ hiệu quả các chất rắn lơ lửng, độ đục, và một phần các hợp chất hữu cơ. Nghiên cứu này tập trung vào việc đánh giá hiệu quả của hệ thống màng pilot UF trong xử lý nước thải khu công nghiệp Tân Bình. Kết quả cho thấy, hệ thống đạt hiệu suất loại bỏ TSS và độ đục lên đến 100%, đồng thời cải thiện đáng kể chất lượng nước thải để tái sử dụng.

1.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống màng UF

Hệ thống màng UF hoạt động dựa trên nguyên lý lọc cơ học, sử dụng áp suất để đẩy nước qua màng lọc, giữ lại các hạt có kích thước lớn hơn lỗ lọc. Màng UF được thiết kế dạng ống với diện tích màng 6.2 m², phù hợp cho quy mô pilot. Quá trình lọc được thực hiện trong điều kiện có và không có bổ sung chất keo tụ (PACl), giúp đánh giá hiệu quả xử lý và đặc tính bẩn màng.

1.2. Hiệu quả xử lý nước thải công nghiệp

Khi vận hành không bổ sung PACl, hệ thống đạt hiệu suất loại bỏ COD, TKN, độ màu và TP lần lượt là 46%, 24%, 16% và 2%. Việc bổ sung PACl giúp tăng hiệu suất xử lý lên 1.1 đến 15 lần, tùy thuộc vào thông số. Nước thải sau xử lý đáp ứng yêu cầu tái sử dụng cho các mục đích như dội toilet, tưới cây, và giải nhiệt.

II. Đánh giá hiệu quả và tiềm năng tái sử dụng nước thải

Nghiên cứu đánh giá hiệu quả của hệ thống màng UF trong việc xử lý nước thải công nghiệp sau xử lý sinh học, đồng thời xem xét tiềm năng tái sử dụng nước thải. Kết quả cho thấy, hệ thống màng UF không chỉ cải thiện chất lượng nước thải mà còn tăng tỷ lệ nước thải đáp ứng tiêu chuẩn tái sử dụng. Tuy nhiên, chỉ khoảng 2.3% lượng nước thải được tái sử dụng do thiếu tiêu chuẩn và chính sách hỗ trợ.

2.1. Hiệu quả xử lý và đặc tính bẩn màng

Hệ thống màng UF được vận hành ở hai thông lượng 48 L/m².h và 97 L/m².h. Kết quả cho thấy, tốc độ giảm độ thấm tương đương nhau ở cả hai thông lượng, nhưng giảm 1.8 lần khi bổ sung PACl. Điều này chứng tỏ việc sử dụng chất keo tụ giúp giảm thiểu hiện tượng bẩn màng, kéo dài tuổi thọ của màng lọc.

2.2. Tiềm năng tái sử dụng nước thải

Nước thải sau xử lý bằng hệ thống màng UF đáp ứng yêu cầu tái sử dụng cho nhiều mục đích như tưới cây, tạo cảnh quan, và giải nhiệt. Tuy nhiên, việc tái sử dụng nước thải tại các khu công nghiệp còn hạn chế do thiếu tiêu chuẩn và chính sách hỗ trợ. Nghiên cứu đề xuất cần có các quy định cụ thể để thúc đẩy việc tái sử dụng nước thải.

III. Ứng dụng công nghệ ultrafiltration trong thực tiễn

Công nghệ ultrafiltration đã chứng minh hiệu quả trong xử lý nước thải công nghiệp, đặc biệt là nước thải sau xử lý sinh học. Nghiên cứu này cung cấp cơ sở khoa học và thực tiễn để ứng dụng công nghệ màng UF tại Việt Nam, góp phần giải quyết vấn đề khan hiếm nước và bảo vệ môi trường. Hệ thống màng UF không chỉ cải thiện chất lượng nước thải mà còn mở ra cơ hội tái sử dụng nước, giảm áp lực lên nguồn tài nguyên nước.

3.1. Thách thức và giải pháp

Mặc dù công nghệ UF mang lại nhiều lợi ích, việc ứng dụng tại Việt Nam vẫn gặp nhiều thách thức như chi phí đầu tư cao, vận hành phức tạp, và thiếu chính sách hỗ trợ. Nghiên cứu đề xuất cần có các chính sách khuyến khích và hỗ trợ tài chính để thúc đẩy việc áp dụng công nghệ này.

3.2. Triển vọng trong tương lai

Với sự phát triển của công nghệ và nhu cầu ngày càng cao về tái sử dụng nước, công nghệ UF sẽ tiếp tục được cải tiến và ứng dụng rộng rãi. Nghiên cứu này là tiền đề quan trọng cho các dự án quy mô lớn tại Việt Nam, góp phần bảo vệ môi trường và phát triển bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Thực trạng suy thoái và cạn kiệt tài nguyên nước ngọt đang đặt ra thách thức nghiêm trọng cho sự phát triển bền vững của các đô thị và khu công nghiệp tại Việt Nam. Tại Thành phố Hồ Chí Minh, Khu công nghiệp Tân Bình với diện tích 105,95 ha và 132 doanh nghiệp đang hoạt động có lưu lượng nước thải phát sinh khoảng 2.000 m³/ngày. Mặc dù hệ thống xử lý nước thải tập trung ứng dụng công nghệ xử lý sinh học theo mẻ (SBR) đã giúp chất lượng nước đầu ra đạt quy chuẩn xả thải, song nhu cầu tái sử dụng nguồn nước này vẫn gặp nhiều rào cản kỹ thuật. Khảo sát thực tế tại 7 khu công nghiệp và khu chế xuất trên địa bàn cho thấy tỷ lệ nước thải được tái sử dụng chỉ đạt khoảng 2,3% do thiếu hụt công nghệ tinh lọc phù hợp và chưa có hành lang tiêu chuẩn hoàn chỉnh.

Vấn đề cốt lõi là nước thải sau xử lý sinh học vẫn còn chứa hàm lượng chất rắn lơ lửng trung bình 9 ± 9 mg/L, COD lọc đạt 32 ± 10 mg/L và độ màu 52 ± 14 Pt-Co, không thể đưa trực tiếp vào các mục đích tái sử dụng kỹ thuật. Mục tiêu cụ thể của công trình là nghiên cứu, đánh giá hiệu quả làm sạch và đặc tính bẩn màng của hệ thống pilot Ultrafiltration (UF) sử dụng màng sợi rỗng có kích thước lỗ lọc 0,03 µm trong điều kiện vận hành thực tế không bổ sung và có bổ sung hóa chất keo tụ.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm từ tháng 7 năm 2011 đến tháng 7 năm 2012 tại Trạm xử lý nước thải Khu công nghiệp Tân Bình. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài thể hiện qua việc cung cấp bộ thông số vận hành chuẩn xác cho màng UF, chứng minh khả năng nâng cao tỷ lệ tái sử dụng nguồn nước thải công nghiệp đạt các tiêu chuẩn quốc tế như USEPA và NILIM, góp phần giảm thiểu áp lực khai thác nước ngầm và bảo vệ môi trường lưu vực sông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng lý thuyết phân tách màng áp suất thấp và động học lọc qua môi chất xốp. Nguyên lý dòng thấm được mô tả thông qua định luật Darcy mở rộng:

$$J = \frac{\text{TMP}}{\mu \cdot R_t}$$

Trong đó, $J$ là thông lượng dòng thấm (LMH), $\text{TMP}$ là áp suất qua màng (kPa), $\mu$ là độ nhớt động lực học của chất lỏng, và trở lực tổng $R_t$ được cấu thành từ ba thành phần chính: trở lực bản thân màng ($R_m$), trở lực lớp bánh bùn ($R_c$) và trở lực do các chất ô nhiễm hấp phụ, bít tắc lỗ màng ($R_f$).

Cơ chế bẩn màng được phân tích dựa trên ba hiện tượng: sự tích tụ của chất rắn lơ lửng và chất keo hình thành lớp bánh bùn trên bề mặt màng; các hợp chất hữu cơ cao phân tử dạng sợi bít kín khe màng; và các phân tử vi lượng xâm nhập sâu tạo liên kết bên trong thành mao quản. Ba nhóm khái niệm then chốt bao gồm: chất hữu cơ tự nhiên (NOM), nhóm đại phân tử hòa tan gồm Polysaccharides (PS) và Protein (PN), cùng với chỉ số độ thấm $P$ đặc trưng cho khả năng vận hành bền vững của màng sợi rỗng Polyethersulfone (PSU).

Bên cạnh đó, lý thuyết keo tụ - tạo bông với chất keo tụ Poly Aluminium Chloride (PACl) được ứng dụng nhằm trung hòa điện tích bề mặt và kết tụ các hạt keo kích thước nhỏ hơn 0,03 µm thành các bông cặn lớn, hạn chế sự xâm nhập của chất bẩn vào sâu trong cấu trúc xốp của màng.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm được thu thập trực tiếp từ hệ thống pilot màng UF Aquaflex X-Flow S30-FSFC PSU (diện tích màng 6,2 m², công suất thiết kế 300 - 600 L/h) lắp đặt tại bể khử trùng của Nhà máy xử lý nước thải Khu công nghiệp Tân Bình. Quy trình lấy mẫu được thực hiện theo chu kỳ vận hành 8 giờ/mẻ của bể SBR (gồm 1 giờ nạp nước, 4 giờ thổi khí, 2 giờ lắng và 1 giờ tháo nước) nhằm đảm bảo tính đại diện cao nhất cho tính chất nước thải biến động. Cỡ mẫu phân tích bao gồm hơn 120 đợt thu mẫu tổ hợp đầu vào và đầu ra màng trong suốt 12 tháng nghiên cứu.

Phương pháp chọn mẫu dựa trên kỹ thuật lấy mẫu ngẫu nhiên phân tầng theo từng chế độ thông lượng thí nghiệm: 29 LMH, 48 LMH và 97 LMH. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích quang phổ kế, đo độ đục quang học và chuẩn độ điện thế theo Tiêu chuẩn Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater là nhằm định lượng chính xác các chỉ tiêu vi lượng với sai số dưới 5%.

Thí nghiệm Jartest tiêu chuẩn được ứng dụng để tối ưu hóa liều lượng PACl và FeCl₃ trước khi cấp vào màng. Đồng thời, phương pháp điều tra xã hội học thông qua bảng câu hỏi cấu trúc được thực hiện tại 7 khu công nghiệp lớn nhằm thu thập dữ liệu định lượng về nhu cầu và trở ngại trong việc tái sử dụng nước.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Hệ thống màng pilot UF ghi nhận hiệu suất phân tách vượt trội đối với các chỉ tiêu vật lý và chất rắn lơ lửng. Hiệu quả loại bỏ tổng chất rắn lơ lửng (TSS) và độ đục đạt xấp xỉ 100% ở mọi chế độ vận hành, đưa hàm lượng TSS từ 9 ± 9 mg/L về ngưỡng không phát hiện và độ đục từ 7 ± 5 NTU xuống dưới 0,5 NTU. Đối với các hợp chất hữu cơ và dinh dưỡng trong điều kiện không bổ sung hóa chất keo tụ tại thông lượng 48 LMH, hiệu suất xử lý COD tổng trung bình đạt 46%, TKN đạt 24%, độ màu đạt 16% và tổng photpho (TP) đạt 2%. Khi tăng thông lượng vận hành lên 97 LMH, hiệu suất loại bỏ COD và độ màu có xu hướng giảm nhẹ từ 3% đến 5%.

Khi tiến hành châm bổ sung hóa chất keo tụ PACl trước màng, hiệu quả xử lý được cải thiện rõ rệt. Khả năng loại bỏ COD, TKN và độ màu tăng gấp 1,1 lần. Đặc biệt, hiệu suất xử lý tổng photpho tăng vọt từ 14 đến 15 lần so với chế độ không keo tụ, chuyển hóa hầu hết photpho hòa tan thành dạng kết tủa bị màng giữ lại hoàn toàn.

Về động học bẩn màng, tốc độ suy giảm độ thấm của màng ở hai mức thông lượng 48 LMH và 97 LMH tương đương nhau ở mức khoảng 0,15 - 0,18 LMH/bar/ngày trong điều kiện thường, nhưng tốc độ suy giảm này giảm đi 1,8 lần khi có sự hiện diện của PACl nhờ lớp bánh bông keo xốp dễ bị rửa trôi.

Thảo luận kết quả

Cơ chế giữ lại tuyệt đối của màng UF đối với TSS và độ đục được giải thích bởi kích thước khe lọc danh định của màng mao quản chỉ 0,03 µm, nhỏ hơn rất nhiều so với kích thước hạt cặn vi sinh sau bể lắng SBR. Dữ liệu thực nghiệm biểu diễn qua đồ thị tương quan giữa áp suất qua màng (TMP) và thời gian cho thấy áp suất vận hành tăng chậm và ổn định dưới 35 kPa trong suốt chu kỳ lọc 10 phút.

Việc bổ sung PACl đã tạo ra các cầu nối polymer kết dính các hợp chất hữu cơ hòa tan (fCOD) và chất hữu cơ tự nhiên có trọng lượng phân tử lớn, ngăn chúng bám sâu vào cấu trúc lỗ rỗng của vật liệu polysulfone. Phân tích thành phần cặn bẩn bám màng xác nhận sự tích tụ chủ yếu của hai nhóm đại phân tử là Polysaccharides và Protein.

Khi so sánh với các công bố khoa học quốc tế, kết quả xử lý COD (46%) của nghiên cứu này tương đồng với các phát hiện của Zhang và cộng sự (52%) trên màng PVC và vượt trội hơn nghiên cứu của Ravazzini (37%) trên màng PVDF lọc nước thải đô thị. Dữ liệu có thể được hệ thống hóa rõ nét qua bảng tổng hợp so sánh các chỉ tiêu chất lượng nước sau lọc UF với tiêu chuẩn của Nhật Bản (NILIM) và Cơ quan Bảo vệ Môi trường Hoa Kỳ (USEPA). Kết quả chứng minh nguồn nước sau lọc màng UF đạt 100% các tiêu chí khắt khe để tái phục vụ cho mục đích tưới tiêu cảnh quan, dội toilet và cấp nước cho tháp giải nhiệt công nghiệp.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm hiện thực hóa tiềm năng tái sử dụng nước thải sau xử lý sinh học tại các khu công nghiệp, bốn nhóm giải pháp kỹ thuật và quản lý trọng tâm được đề xuất:

• Tích hợp công đoạn tiền xử lý keo tụ màng: Ban quản lý các nhà máy xử lý nước thải tập trung cần bổ sung hệ thống châm hóa chất keo tụ PACl tự động với liều lượng tối ưu xác định qua Jartest trước khi đưa vào module màng UF. Giải pháp này giúp duy trì độ thấm ổn định, giảm tốc độ bẩn màng 1,8 lần và nâng cao hiệu suất loại bỏ photpho lên trên 80% trong khung thời gian vận hành liên tục 6 đến 12 tháng.
• Chuẩn hóa quy trình rửa màng tự động hóa: Đội ngũ kỹ sư vận hành cần thiết lập chu trình rửa ngược thủy lực kết hợp sục khí định kỳ 10 phút/lần (thời gian rửa xuôi nước 15 giây, rửa xuôi khí 15 giây, rửa ngược nước 15 giây), cùng quy trình rửa hóa chất tăng cường (CEB) 1 lần/ngày bằng dung dịch NaClO 500 ppm và H₂SO₄ loãng pH = 2. Mục tiêu kỹ thuật là khôi phục trên 95% thông lượng màng ban đầu sau mỗi chu kỳ làm sạch.
• Hoàn thiện khung tiêu chuẩn quốc gia về tái sử dụng nước: Bộ Tài nguyên và Môi trường cùng Bộ Xây dựng cần sớm ban hành bộ quy chuẩn kỹ thuật chi tiết quy định thông số chất lượng nước tái sinh cho từng mục đích cụ thể như làm mát công nghiệp, dội rửa vệ sinh và tưới cây xanh. Mục tiêu chính sách là nâng tỷ lệ nước tái sử dụng tại các khu công nghiệp từ mức 2,3% hiện nay lên ít nhất 15% đến 20% trong giai đoạn 3 đến 5 năm tới.
• Xây dựng mạng lưới phân phối nước tái sinh tách biệt: Chủ đầu tư hạ tầng khu công nghiệp cần đầu tư tuyến ống kép cấp nước kỹ thuật độc lập trong vòng 12 đến 18 tháng, cung cấp nguồn nước sau UF cho các doanh nghiệp thứ cấp có nhu cầu sử dụng nước tháp giải nhiệt và vệ sinh công nghiệp với giá thành thấp hơn nước cấp thủy cục từ 20% đến 30%.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và số liệu thực nghiệm của luận văn mang lại giá trị thực tiễn cao cho nhiều nhóm đối tượng chuyên môn:

• Kỹ sư vận hành và ban quản lý nhà máy xử lý nước thải: Tiếp cận bộ dữ liệu thực tế về chế độ thông lượng 29 - 97 LMH, áp suất vận hành TMP, tần suất rửa màng CEB và quy trình kiểm soát bẩn màng màng sợi rỗng PSU để ứng dụng trực tiếp vào công tác vận hành hệ thống xử lý bậc ba.
• Doanh nghiệp sản xuất trong khu công nghiệp: Nắm bắt cơ sở khoa học để mạnh dạn đầu tư công nghệ tái chế nước tại chỗ phục vụ tháp làm mát, dội rửa sàn xưởng và cấp nước phòng cháy chữa cháy, giúp tiết kiệm hàng trăm triệu đồng chi phí mua nước sạch mỗi năm.
• Các đơn vị tư vấn thiết kế và chuyển giao công nghệ môi trường: Sử dụng các thông số tính toán tải trọng màng, tỷ lệ thu hồi nước (recovery) và bài toán chi phí hóa chất - điện năng từ mô hình pilot 6,2 m² làm cơ sở lập thuyết minh kinh tế - kỹ thuật cho các dự án quy mô công nghiệp.
• Nhà hoạch định chính sách và cơ quan quản lý nhà nước: Khai thác bức tranh toàn cảnh về thực trạng tái sử dụng nước (2,3%) cùng các rào cản thể chế tại 7 khu công nghiệp trên địa bàn Thành phố Hồ Chí Minh để xây dựng cơ chế khuyến khích, ưu đãi thuế cho các mô hình kinh tế tuần hoàn nước.

Câu hỏi thường gặp

Hệ thống màng UF loại bỏ những thành phần ô nhiễm nào hiệu quả nhất? Màng lọc UF với kích thước lỗ lọc 0,03 µm loại bỏ triệt để 100% chất rắn lơ lửng (TSS) và độ đục từ nước thải sau xử lý sinh học. Ngoài ra, hệ thống loại bỏ trung bình 46% COD và 16% độ màu ở thông lượng 48 LMH, tạo ra chất lượng nước trong suốt vượt trội so với các công nghệ lọc cát truyền thống.

Tại sao cần bổ sung chất keo tụ PACl trước khi lọc qua màng UF? Việc bổ sung PACl giúp liên kết các chất hữu cơ hòa tan và chất keo kích thước nhỏ thành các bông cặn lớn không lọt vào khe màng. Quá trình này giúp hiệu suất xử lý photpho tăng vọt 14 - 15 lần, cải thiện xử lý COD thêm 1,1 lần và làm giảm tốc độ suy giảm độ thấm của màng 1,8 lần.

Vì sao tỷ lệ tái sử dụng nước tại các khu công nghiệp hiện nay chỉ đạt 2,3%? Tỷ lệ tái sử dụng nước còn rất thấp do hai nguyên nhân chính: thiếu hành lang pháp lý, quy chuẩn kỹ thuật cụ thể hướng dẫn chất lượng nước tái sử dụng cho từng mục đích, và chi phí đầu tư ban đầu cho các hệ thống lọc tinh như UF, RO còn khiến nhiều doanh nghiệp ngần ngại khi chưa có chính sách giá ưu đãi.

Nước sau màng lọc UF có thể tái sử dụng cho những mục đích cụ thể nào? Chất lượng nước sau màng UF hoàn toàn đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế USEPA và NILIM để phục vụ dội toilet, rửa đường, tưới cây cảnh quan, phòng cháy chữa cháy và cấp nước bổ sung cho tháp giải nhiệt công nghiệp mà không gây tắc nghẽn vòi phun hay đóng cặn sinh học.

Quy trình rửa màng pilot UF được thiết lập tự động như thế nào để chống nghẹt màng? Hệ thống được cài đặt chu trình tự động gồm 10 phút lọc liên tục xen kẽ 45 giây rửa màng thông thường (gồm rửa xuôi bằng nước 15 giây, rửa xuôi kết hợp sục khí 15 giây và rửa ngược nước 15 giây). Định kỳ mỗi ngày một lần, màng được rửa tăng cường hóa chất (CEB) bằng NaClO và H₂SO₄ để triệt tiêu cặn bám hữu cơ và vô cơ.

Kết luận

• Nghiên cứu đã khẳng định tính khả thi vượt trội của việc ứng dụng màng sợi rỗng Ultrafiltration 0,03 µm để tinh lọc nước thải sau bể xử lý sinh học SBR của Khu công nghiệp Tân Bình.
• Hệ thống đạt hiệu suất phân tách tuyệt đối 100% đối với TSS và độ đục, đồng thời xử lý 46% COD và 24% TKN ở thông lượng vận hành tiêu chuẩn 48 LMH.
• Giải pháp kết hợp keo tụ PACl chứng minh hiệu quả đột phá khi nâng cao khả năng loại bỏ tổng photpho từ 14 đến 15 lần và giảm 1,8 lần tốc độ suy giảm độ thấm màng.
• Nguồn nước sau xử lý màng UF đáp ứng toàn diện các tiêu chuẩn tái sử dụng khắt khe của Hoa Kỳ và Nhật Bản cho mục đích làm mát công nghiệp, dội rửa và tạo cảnh quan sinh thái.
• Công trình đóng góp cơ sở dữ liệu thực nghiệm quan trọng để mở rộng quy mô module công nghiệp trong vòng 1 đến 2 năm tới, đồng thời thúc đẩy hoàn thiện chính sách kinh tế tuần hoàn nước tại Việt Nam.

Để tối ưu hóa chi phí vận hành và tiến tới tự chủ nguồn nước sản xuất, các doanh nghiệp và đơn vị quản lý hạ tầng khu công nghiệp hãy chủ động ứng dụng công nghệ màng lọc UF ngay hôm nay nhằm kiến tạo mô hình công nghiệp xanh và phát triển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Ngày nay, nguồn tài nguyên nước mặt và nước ngầm ngày càng cạn kiệt do tình trạng xả chất thải, trong đó chủ yếu là nước thải, và khai thác quá mức phục vụ cho các mục đích của con người. Việc xử lý nước thải ngày nay không chỉ đặt mục tiêu đảm bảo tiêu chuẩn xả nước thải ra môi trường mà còn cần đặt mục tiêu tái sử dụng phục vụ cho các mục đích sử dụng nước của con người nhằm giảm áp lực lên các nguồn tài nguyên nước ngày càng cạn kiệt và giảm thiểu các tác động tiêu cực của nó. Việc tìm kiếm công nghệ cũng như thiết bị kỹ thuật cho hệ thống xử lý nước nhằm đảm bảo cả hai mục tiêu này đang là mối quan tâm lớn. Công nghệ màng được biết đến từ năm 1748 và bắt đầu được ứng dụng từ năm 1962 với mục tiêu ban đầu chủ yếu phục vụ cho quá trình xử lý nước cấp với các mục đích sử dụng nước khác nhau từ mục đích thông thường như cấp nước sinh hoạt đến những mục đích cao hơn như nước uống, nước dược phẩm, nước cấp cho ngành công nghệ cao và lọc nước mặn [2].

Từ những năm 1990, công nghệ màng bắt đầu được áp dụng trong xử lý nước thải (XLNT) với những nghiên cứu và ứng dụng đầu tiên trên màng MF (Microfiltration). Màng UF (Ultrafiltration) được sử dụng rất nhiều trong quá trình lọc của hệ thống xử lý nước cấp phục vụ cho sinh hoạt. Việc ứng dụng màng UF để xử lý nước thải rất hạn chế do khả năng bẩn màng cao và đang trong tiến trình nghiên cứu. Màng UF có thể loại bỏ các thành phần chất rắn lơ lửng, chất rắn dạng keo và một số hợp chất hòa tan phân tử lớn.

Việc ứng dụng màng UF để xử lý nước thải sau xử lý sinh học với vai trò là một bước xử lý bậc cao có tiềm năng lớn trong việc loại bỏ các chất rắn lơ lửng, nhu cầu oxy hóa học (COD), nhu cầu oxy sinh hóa (BOD), độ đục, độ màu và các chất các chất hữu cơ gây độc dạng vết. Nước thải sau xử lý có tiềm năng tái sử dụng trực tiếp cho các mục đích sử dụng nước phù hợp hoặc bổ cập cho nguồn nước ngầm hay nước mặt; giảm áp lực lên tài nguyên nước ngày càng cạn 16 kiệt. Đây là một hướng mới đầy tiềm năng trong công nghệ xử lý nước thải cho mục đích tái sử dụng và hiện chưa được áp dụng ở Việt Nam. Việt Nam có những đặc thù riêng về công nghệ sản xuất, tập quán sử dụng nước ảnh hưởng đến lưu lượng, thành phần và tính chất nước thải và những đặc thù riêng về điều kiện tự nhiên, công nghệ xử lý nước thải áp dụng dẫn đến đặc thù riêng về chất lượng nước thải sau xử lý.

Khu công nghiệp (KCN) Tân Bình có những đặc thù riêng về ngành nghề thu hút đầu tư, thành phần, tính chất nước thải, công nghệ xử lý nước thải và chất lượng nước thải sau xử lý. Cho đến nay chưa có nghiên cứu nào về ứng dụng công nghệ màng UF xử lý nước thải sau xử lý sinh học (XLSH) ứng với điều kiện KCN Tân Bình hoặc tương tự KCN Tân Bình nhằm đánh giá hiệu quả xử lý của quá trình lọc màng UF cũng như đặc tính bẩn màng. Các kết quả của nghiên cứu đóng góp thêm những kiến thức về ứng dụng công nghệ màng UF đối với nước thải sau XLSH ứng với đặc thù điều kiện tự nhiên, công nghệ sản xuất, nước thải và xử lý nước thải tại Việt Nam cho nền khoa học Việt Nam nói riêng và thế giới nói chung; đồng thời, góp phần vào việc triển khai ứng dụng công nghệ màng vào thực tiễn phục vụ cho xử lý nước thải và tái sử dụng nước tại Việt Nam. Với cơ hội và thách thức nêu trên, việc nghiên cứu tái sử dụng nước thải KCN sau xử lý sinh học bằng hệ thống màng pilot ultrafiltration được đặt ra cấp thiết và quan trọng như một bước nghiên cứu làm tiền đề cho việc ứng dụng công nghệ màng trong xử lý nước thải sau xử lý sinh học cho mục đích tái sử dụng nước thải ứng với các đặc điểm cụ thể về nước thải và quá trình xử lý nước thải tại Việt Nam.

Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu của nghiên cứu là đánh giá hiệu quả xử lý và đặc tính bẩn màng của hệ thống màng pilot UF trong điều kiện vận hành thực tế xử lý nước thải sau xử lý sinh học của hệ HTXLNT của KCN Tân Bình cho mục đích tái sử dụng. Phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi như sau:  Nghiên cứu được thực hiện trên đối tượng nghiên cứu là nước thải sau xử lý sinh học của KCN Tân Bình sử dụng hệ thống lọc màng UF sử dụng màng Aquaflex Ultrafiltration Membrane đặt tại hệ thống XLNT tập trung của KCN Tân Bình.  Hệ thống vận hành ở quy mô pilot với công suất từ 300 - 600 L/h với nước thải sau xử lý sinh học lấy từ hệ thống XLNT tập trung của KCN Tân Bình ở các điều kiện vận hành không có thêm hóa chất keo tụ vào và có thêm hóa chất keo tụ.  Dù cố gắng thiết lập hệ thống mô hình gần thực tế xử lý, quy mô của mô hình cũng tương đối nhỏ và mang tính chất tham khảo khi xây dựng hệ thống quy mô lớn hơn áp dụng vào thực tế.

 Nước thải cấp cho mô hình được lấy từ quá trình xử lý sinh học của hệ thống XLNT của KCN Tân Bình theo quy trình công nghệ hiện hữu với chất lượng đầu ra có thể thay đổi tùy theo chất lượng đầu vào của hệ thống này và quá trình vận hành. Nghiên cứu không làm biến đổi thành phần nước sau xử lý để có thành phần tương đối đồng nhất trước khi cấp vào hệ thống. 18 CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2. Nước thải khu công nghiệp Tân Bình 2.

Nước thải khu công nghiệp Nước thải công nghiệp là nước thải phát sinh trong các công đoạn của quá trình sản xuất công nghiệp. Nước thải công nghiệp nhìn chung đa dạng về thành phần, tính chất, lưu lượng phát sinh. Đối với từng ngành nghề riêng lẻ, nước thải công nghiệp mang đặc trưng theo ngành nghề sản xuất đó. Nước thải công nghiệp thường chứa các chất ô nhiễm tác động nặng nề lên môi trường, trong đó có những chất ô nhiễm có độc tính cao, tác hại lâu dài do khó phân hủy, tồn lưu và tích lũy sinh học trong môi trường.

Do đó, nước thải công nghiệp cần được xử lý triệt để trước khi thải ra môi trường. Thành phần ô nhiễm chính của nước thải công nghiệp bao gồm:  Các chất rắn lơ lửng  Các hợp chất hữu cơ có khả năng phân hủy sinh học: protein, hydratcacbon, chất béo… gây giảm oxy trong nước, tạo ra điều kiện kỵ khí, gây mùi hôi.  Các chất hữu cơ vi lượng có thể gây ra mùi, vị trong nước (phenol, benzen…)  Một số chất hữu cơ độc: benzen, chlorobenzen, nitrophenol, toluen, pyren…  Các chất của nitơ, phospho gây ra hiện tượng phú dưỡng hóa nguồn nước.  Dầu và chất nổi: cản trở sự xâm nhập của oxy.

 Các kim loại nặng: Pb, Hg, Cr, Cd… Nước thải của khu công nghiệp mang đặc trưng của các ngành nghề được đầu tư sản xuất trong khu công nghiệp. Thành phần của nước thải của KCN càng đa dạng phức tạp khi số lượng ngành nghề thu hút càng nhiều. Để thuận tiện cho quá trình xử lý tập trung và giảm chi phí vận hành, nước thải công nghiệp của từng đơn vị trong khu công nghiệp cần được xử lý trước khi chuyển về hệ thống xử lý nước thải tập 19 trung của KCN. Mức độ ô nhiễm của nước thải KCN càng cao khi ngành nghề ô nhiễm nặng được tập trung càng nhiều và mức độ xử lý sơ bộ càng kém.

Nước thải KCN Tân Bình Khu công nghiệp Tân Bình có diện tích 105.95 ha, đã được lắp đầy 100% với 132 doanh nghiệp đầu tư sản xuất. Các ngành nghề đầu tư chủ yếu trong KCN Tân Bình bao gồm cơ khí, dệt may, bao bì, thực phẩm, nhựa cao su, dịch vụ và điện chiếm 78.0%; còn lại là một số ngành nghề khác như dược phẩm, mỹ phẩm, hóa chất, giày da, hàng gia dụng, thủy tinh, trang sức, hàng thủ công mỹ nghệ (xem Phụ lục). Thành phần nước thải KCN Tân Bình TT Thông số Đơn vị Trung bình ± Độ lệch chuẩn 1 pH - 7.2 2 SS mg/L 306 ± 85 3 COD tổng (tCOD) mg/L 532 ± 116 4 COD lọc (fCOD) mg/L 297 ± 117 5 TKN mg/L 30.1 9 Độ đục NTU 521 ± 115 10 Độ màu Pt-Co 352 ± 120 Nước thải của KCN Tân Bình là nước thải chung của nhiều ngành nghề khác nhau của các nhà máy sản xuất tại KCN Tân Bình. Các ngành nghề đầu tư tại KCN có mức ô nhiễm thấp và nước thải phát sinh được xử lý cục bộ trước khi đấu nối nên thành phần nước thải của KCN Tân Bình tương đối ổn định so với các khu công nghiệp có ngành nghề đầu tư phức tạp.

Tuy nhiên, thành phần ô nhiễm của nước 20 thải KCN Tân Bình vẫn biến động nhiều, phụ thuộc vào theo tình hình sản xuất kinh doanh của các doanh nghiệp thứ cấp trong KCN (Bảng 2. Nước thải Song chắn rác Bể gom Máy tách rác tinh Bể tách dầu Bể điều hòa Khí Bể SBR Bể chứa bùn Chlorine Bể khử trùng Máy ép bùn Nguồn tiếp nhận Hình 2. Quy trình công nghệ hệ thống XLNT của KCN Tân Bình Lượng nước thải của KCN Tân Bình khoảng 2,000 m3/ngày. Hệ thống xử lý nước thải của KCN Tân Bình áp dụng phương pháp xử lý sinh học theo mẻ (SBR) với quy trình công nghệ như Hình 2.

Bể SBR có tính linh động cao trong việc điều chỉnh thông số vận hành của các quá trình, giúp ứng phó với những biến động lớn của thành phần nước thải. Tuy nhiên, thành phần nước thải của KCN không biến động quá nhiều nên chế độ vận hành của hệ thống XLNT của KCN Tân Bình tương đối ổn định. Mỗi ngày hoạt động 3 mẻ với chu kỳ 8 giờ/mẻ trong đó: 1 giờ làm đầy, 4 giờ thổi khí, 2 giờ thiếu khí và lắng, 1 giờ tháo nước.2 Công nghệ màng lọc ultrafiltration 2.1 Giới thiệu chung về công nghệ màng lọc UF Bất cứ vật liệu nào hình thành lớp mỏng và có khả năng chịu đựng áp suất lớn để tách các thành phần trong dung dịch như chất lơ lửng, dung môi, chất hòa tan đều được xem là màng lọc.