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.
