Luận văn thạc sĩ công nghệ môi trường ứng dụng mô hình pilot airlift membrane bioreactor ambr xử lý nước thải công nghiệp

Luận văn thạc sĩ công nghệ môi trường ứng dụng mô hình pilot airlift membrane bioreactor AMBR xử lý nước thải công nghiệp hiệu quả.

• Tác giả: Lê Linh Thy
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Xuân Thành
• Trường học: Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường
• Đề tài: Ứng Dụng Mô Hình Pilot Airlift Membrane Bioreactor AMBR Xử Lý Nước Thải Công Nghiệp
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2012
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI CÁM ƠN
• TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN
• 1. CHƯƠNG 1: ĐẶT VẤN ĐỀ
• 1.1. Giới thiệu
• 1.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.3. Phạm vi thực hiện của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN
• 2.1. Một số khái niệm cơ bản trong công nghệ màng
• 2.2. Vật liệu, cấu trúc của màng lọc
• 2.3. Trở lực màng và tắc nghẽn màng
• 2.4. Quá trình nghẹt màng
• 2.5. Quá trình membrane bioreactor – MBR
• 2.5.1. Cấu trúc MBR
• 2.5.2. Ưu điểm và nhược điểm của màng đặt ngập so với màng đặt ngoài
• 2.5.3. Những thuận lợi và bất lợi của MBR
• 2.5.4. Ứng dụng của MBR
• 2.6. Tổng quan nhà máy xử lý nước thải tập trung KCN Tân Bình
• 2.6.1. Quy trình công nghệ xử lý nước thải
• 2.6.2. Các giai đoạn của bể SBR
• 2.6.3. Ưu điểm và nhược điểm của SBR
• 2.6.4. Các quá trình sinh học diễn ra trong bể SBR
• 2.7. Tổng quan về tái sử dụng nước thải
• 2.7.1. Vai trò của nước thải tái sử dụng
• 2.7.2. Đối tượng sử dụng
• 2.7.3. Chất lượng của nước thải được tái sử dụng
• 2.7.4. Khả năng ứng dụng của công nghệ màng cho tái sử dụng nước
• 2.7.5. Một số yếu tố chất lượng cần quan tâm khi tái sử dụng nước thải
• 3. CHƯƠNG 3: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
• 3.1. Nước thải đầu vào
• 3.2. Module AMBR
• 3.3. Quy trình vận hành của mô hình AMBR
• 3.4. Kiểm soát các yếu tố trong quá trình vận hành
• 3.5. Phương pháp phân tích
• 4. CHƯƠNG 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
• 4.1. Hiệu quả xử lý của AMBR
• 4.1.1. Giá trị pH và DO
• 4.1.2. Đánh giá hiệu quả xử lý chất dinh dưỡng
• 4.1.3. Hiệu quả xử lý độ màu, độ đục và chất rắn lơ lửng
• 4.1.4. Hiệu quả loại bỏ Coliform
• 4.2. Đặc tính bùn của hệ thống AMBR
• 4.2.1. MLSS, MLVSS và SVI
• 4.2.2. Vi sinh vật trong bùn hoạt tính của AMBR
• 4.3. Chất lượng nước sau xử lý của AMBR và khả năng tái sử dụng
• 4.4. So sánh hiệu quả xử lý của hệ thống AMBR và hệ thống SBR
• 4.5. Đánh giá về đặc tính ban màng
• 4.5.1. Trở lực ban đầu Rm của AMBR với nước sạch
• 4.5.2. Độ thấm và áp suất qua màng
• 4.5.3. Protein, polysaccharides và UVA ss
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC A
• PHỤ LỤC B
• PHỤ LỤC C

Tóm tắt

I. Mô hình Pilot

Mô hình Pilot được sử dụng trong nghiên cứu này là Airlift Membrane Bioreactor (AMBR), một hệ thống xử lý nước thải công nghiệp tiên tiến. Mô hình này được triển khai tại nhà máy xử lý nước thải tập trung Khu Công Nghiệp Tân Bình, nơi có nguồn nước thải đa dạng từ các ngành công nghiệp thực phẩm, dệt nhuộm và bao bì giấy. Mô hình Pilot được thiết kế để đánh giá hiệu quả xử lý nước thải ở các tải trọng hữu cơ và thông lượng khác nhau, với thời gian lưu nước (HRT) 9.6 giờ và thời gian lưu bùn (SRT) 30 ngày. Kết quả cho thấy AMBR đạt hiệu suất xử lý COD trên 90%, độ đục và chất rắn lơ lửng đầu ra thấp, đáp ứng tiêu chuẩn tái sử dụng nước thải cho nông nghiệp.

1.1. Thiết kế và vận hành

Mô hình Pilot AMBR được vận hành với hai thông lượng 30-40 L/m².h, duy trì ở bốn tải trọng hữu cơ khác nhau. Hệ thống được thiết kế để xử lý nước thải có nồng độ COD cao (532 ± 116 mg/L) và độ đục dao động lớn (521 ± 115 NTU). Quá trình vận hành bao gồm kiểm soát các yếu tố như pH, DO, và nhiệt độ, đồng thời theo dõi hiệu quả xử lý các chỉ tiêu như COD, độ màu, và tổng coliforms. Kết quả cho thấy AMBR có khả năng xử lý hiệu quả hơn so với hệ thống SBR hiện có.

1.2. Hiệu quả xử lý

Mô hình Pilot AMBR đạt hiệu suất xử lý COD trung bình 15 ± 4 mg/L, độ đục và chất rắn lơ lửng đầu ra thấp, đáp ứng tiêu chuẩn tái sử dụng nước thải cho nông nghiệp. Ngoài ra, hệ thống còn loại bỏ hiệu quả các hợp chất EPS như protein và polysaccharide, nguyên nhân chính gây bám màng. Kết quả nghiên cứu cho thấy AMBR có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải công nghiệp, góp phần giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước.

II. Airlift Membrane Bioreactor AMBR

Airlift Membrane Bioreactor (AMBR) là một công nghệ xử lý nước thải kết hợp giữa quá trình sinh học và màng lọc. Hệ thống này sử dụng cơ chế Airlift để tăng cường hiệu quả xử lý và giảm thiểu bám màng. AMBR được ứng dụng trong nghiên cứu này để xử lý nước thải công nghiệp có nồng độ chất hữu cơ cao và dao động lớn. Kết quả cho thấy AMBR đạt hiệu suất xử lý cao hơn so với hệ thống SBR truyền thống, đặc biệt trong việc loại bỏ COD, độ màu và tổng coliforms.

2.1. Cơ chế Airlift

Cơ chế Airlift trong AMBR giúp tăng cường quá trình khuấy trộn và cung cấp oxy cho vi sinh vật, đồng thời giảm thiểu bám màng. Quá trình này được thực hiện thông qua việc sử dụng khí nén để tạo dòng chảy tuần hoàn trong bể phản ứng. Kết quả nghiên cứu cho thấy cơ chế Airlift giúp duy trì hiệu quả xử lý ổn định, đặc biệt ở các tải trọng hữu cơ cao.

2.2. Hiệu quả xử lý

AMBR đạt hiệu suất xử lý COD trung bình 15 ± 4 mg/L, độ đục và chất rắn lơ lửng đầu ra thấp, đáp ứng tiêu chuẩn tái sử dụng nước thải cho nông nghiệp. Ngoài ra, hệ thống còn loại bỏ hiệu quả các hợp chất EPS như protein và polysaccharide, nguyên nhân chính gây bám màng. Kết quả nghiên cứu cho thấy AMBR có tiềm năng ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải công nghiệp, góp phần giảm thiểu ô nhiễm nguồn nước.

III. Xử lý nước thải công nghiệp

Nghiên cứu này tập trung vào việc xử lý nước thải công nghiệp bằng Mô hình Pilot AMBR, đặc biệt là nước thải từ các ngành công nghiệp thực phẩm, dệt nhuộm và bao bì giấy. Nước thải công nghiệp có nồng độ chất hữu cơ cao và dao động lớn, đòi hỏi công nghệ xử lý hiệu quả. AMBR được chứng minh là có khả năng xử lý hiệu quả các chỉ tiêu như COD, độ màu, và tổng coliforms, đáp ứng tiêu chuẩn tái sử dụng nước thải cho nông nghiệp.

3.1. Đặc điểm nước thải

Nước thải công nghiệp được nghiên cứu có nồng độ COD cao (532 ± 116 mg/L), độ đục dao động lớn (521 ± 115 NTU), và độ màu cao (352 ± 120 Pt-Co). Đây là những thách thức lớn đối với các công nghệ xử lý truyền thống. AMBR được chứng minh là có khả năng xử lý hiệu quả các chỉ tiêu này, đặc biệt là trong việc loại bỏ COD và độ màu.

3.2. Ứng dụng công nghệ

AMBR được ứng dụng trong nghiên cứu này để xử lý nước thải công nghiệp có nồng độ chất hữu cơ cao và dao động lớn. Kết quả cho thấy AMBR đạt hiệu suất xử lý cao hơn so với hệ thống SBR truyền thống, đặc biệt trong việc loại bỏ COD, độ màu và tổng coliforms. Nghiên cứu này góp phần mở rộng ứng dụng công nghệ màng trong xử lý nước thải công nghiệp tại Việt Nam.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Việt Nam đang đối mặt với tình trạng khan hiếm nước nghiêm trọng, khi trữ lượng nước trung bình đầu người chỉ đạt khoảng 4400 m³/người/năm, thấp hơn nhiều so với mức 7400 m³/người/năm của thế giới. Tình trạng này càng trở nên cấp bách khi chỉ số khan hiếm nước (Water Stress Index) tại lưu vực sông Sài Gòn - Đồng Nai dự kiến tăng từ trên 10% năm 2010 lên 23% vào năm 2025. Đồng thời, ô nhiễm nguồn nước do xả thải nước thải công nghiệp chưa qua xử lý cũng là nguyên nhân chính gây nguy hiểm cho sức khỏe cộng đồng và môi trường. Tại các khu công nghiệp, chỉ một số ít có nhà máy xử lý nước thải tập trung, trong khi lượng nước thải chứa hàm lượng COD, BOD, TSS và các chất dinh dưỡng cao được thải ra hàng ngày.

Trong bối cảnh đó, nghiên cứu ứng dụng mô hình pilot Airlift Membrane Bioreactor (AMBR) xử lý nước thải công nghiệp tại nhà máy xử lý nước thải tập trung khu công nghiệp Tân Bình nhằm mục tiêu đánh giá hiệu quả xử lý, đặc tính bùn và quá trình ban màng của hệ thống. Nghiên cứu tập trung vào các tải trọng hữu cơ và thông lượng khác nhau, so sánh chất lượng nước sau xử lý của AMBR với hệ thống Sequencing Batch Reactor (SBR) hiện hữu, đồng thời khảo sát khả năng tái sử dụng nước thải cho nông nghiệp. Kết quả nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển công nghệ xử lý nước thải công nghiệp hiệu quả, góp phần giảm thiểu ô nhiễm và khắc phục tình trạng thiếu nước tại các khu công nghiệp và đô thị lớn.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên các lý thuyết và mô hình công nghệ màng lọc trong xử lý nước thải, đặc biệt là công nghệ màng sinh học (Membrane Bioreactor - MBR). MBR kết hợp quá trình sinh học hiếu khí với module màng lọc để tách chất rắn lơ lửng và vi sinh vật, nâng cao chất lượng nước đầu ra. Mô hình AMBR là dạng side-stream với dòng tuần hoàn được tạo bởi khí thổi dưới đáy module màng, giúp giảm thiểu hiện tượng ban màng và tiêu thụ năng lượng thấp hơn so với các hệ thống MBR truyền thống.

Ba khái niệm chính được áp dụng gồm:

• Tải trọng hữu cơ (Organic Loading Rate - OLR): đại lượng biểu thị lượng chất hữu cơ cần xử lý trên một đơn vị thể tích bể phản ứng trong một ngày.
• Thời gian lưu nước (Hydraulic Retention Time - HRT): thời gian trung bình nước thải lưu lại trong bể phản ứng.
• Thời gian lưu bùn (Sludge Retention Time - SRT): thời gian trung bình bùn hoạt tính được giữ lại trong hệ thống, ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý và đặc tính bùn.

Ngoài ra, các chỉ tiêu phân tích như COD, TSS, độ đục, độ màu, các hợp chất polymer ngoại bào (EPS) như protein và polysaccharide, cùng tổng coliforms được sử dụng để đánh giá hiệu quả xử lý và chất lượng nước sau xử lý.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu được thực hiện tại nhà máy xử lý nước thải tập trung khu công nghiệp Tân Bình, TP. Hồ Chí Minh, sử dụng mô hình pilot AMBR với các thông số vận hành cụ thể: tải trọng hữu cơ khoảng 1.8 kg COD/m³/ngày, thời gian lưu nước 9.6 giờ, thời gian lưu bùn 30 ngày, và thông lượng màng vận hành trong khoảng 30-40 L/m².h.

Nguồn dữ liệu thu thập bao gồm nước thải đầu vào lấy trực tiếp từ bể điều hòa của nhà máy, cùng với mẫu nước thải sau xử lý từ hệ thống AMBR và SBR để so sánh. Các chỉ tiêu phân tích được thực hiện tại phòng thí nghiệm Khoa Môi trường, Trường Đại học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh, bao gồm COD, nitrat, nitrit, tổng Kjeldahl nitrogen (TKN), tổng phospho, chất rắn lơ lửng (SS), độ đục, độ màu, pH, DO, protein, polysaccharide, UV absorbance và tổng coliforms.

Phương pháp phân tích dữ liệu sử dụng các phép đo định lượng, so sánh hiệu quả xử lý giữa AMBR và SBR, đồng thời khảo sát đặc tính bùn như MLSS, MLVSS, SVI và các hợp chất EPS. Quá trình ban màng được đánh giá thông qua áp suất xuyên màng (TMP) và độ thấm màng (permeability) theo các thông lượng vận hành khác nhau. Thời gian nghiên cứu kéo dài gần một năm, từ tháng 7/2011 đến tháng 7/2012.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả xử lý COD và chất rắn lơ lửng: Mô hình AMBR đạt hiệu quả xử lý COD trung bình trên 90%, với nồng độ COD đầu ra khoảng 15 ± 4 mg/L, thấp hơn đáng kể so với hệ thống SBR hiện hữu. Chất rắn lơ lửng và độ đục đầu ra của AMBR cũng giảm mạnh, đạt hiệu quả loại bỏ trên 90%, với độ đục dưới 0.5 NTU.

2. Xử lý độ màu và các hợp chất EPS: Độ màu của nước thải sau xử lý bằng AMBR trung bình là 32 ± 4 Pt-Co, tốt hơn so với SBR. Các hợp chất polymer ngoại bào như protein và polysaccharide trong dòng ra lần lượt là khoảng 4 mg/L và 3 mg/L, cho thấy khả năng loại bỏ các chất gây ban màng hiệu quả.

3. Quá trình ban màng: Ban màng xảy ra nhanh hơn ở thông lượng 40 L/m².h so với 30 L/m².h, chủ yếu do sự tích tụ protein trên bề mặt màng. Áp suất xuyên màng (TMP) tăng nhanh hơn khi vận hành ở thông lượng cao, làm giảm độ thấm màng theo thời gian.

4. Chất lượng nước sau xử lý và khả năng tái sử dụng: Nước thải sau xử lý bằng AMBR đáp ứng các tiêu chuẩn tái sử dụng cho nông nghiệp, với tổng coliform giảm từ 2.3x10⁶ MPN/100 mL xuống còn khoảng 10² MPN/100 mL, đạt mức an toàn cho tưới tiêu không tiếp xúc trực tiếp với con người.

Thảo luận kết quả

Hiệu quả xử lý cao của AMBR so với SBR được giải thích bởi sự kết hợp giữa quá trình sinh học hiếu khí và khả năng tách rắn lơ lửng hiệu quả của màng lọc, giúp loại bỏ triệt để các chất hữu cơ và vi sinh vật. Việc duy trì thời gian lưu bùn dài (30 ngày) giúp tăng cường hoạt động của vi sinh vật nitrat hóa, cải thiện xử lý nitơ và phospho.

Quá trình ban màng chủ yếu do protein tích tụ phù hợp với các nghiên cứu trước đây, cho thấy cần kiểm soát thông lượng vận hành để hạn chế hiện tượng này, đồng thời áp dụng các biện pháp rửa màng hiệu quả. Việc AMBR vận hành ở thông lượng 30-40 L/m².h với TMP thấp (khoảng 0.3 bar) cho thấy ưu điểm về tiết kiệm năng lượng so với các hệ thống MBR truyền thống.

Chất lượng nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn tái sử dụng cho nông nghiệp không chỉ giúp giảm nhu cầu sử dụng nước sạch mà còn góp phần bảo vệ môi trường, giảm tải ô nhiễm cho các nguồn nước tự nhiên. Kết quả này phù hợp với các tiêu chuẩn quốc tế và các nghiên cứu ứng dụng công nghệ màng trong xử lý nước thải công nghiệp.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ biến thiên nồng độ COD, tổng coliform, TMP theo thời gian và thông lượng vận hành, cũng như bảng so sánh chất lượng nước đầu ra giữa AMBR và SBR.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa thông lượng vận hành: Khuyến nghị duy trì thông lượng màng ở mức 30 L/m².h để hạn chế quá trình ban màng, kéo dài tuổi thọ màng và giảm chi phí vận hành. Chủ thể thực hiện là nhà quản lý nhà máy xử lý nước thải, thời gian áp dụng trong vòng 6 tháng.

2. Áp dụng quy trình rửa màng định kỳ: Thực hiện rửa ngược và rửa hóa chất theo chu kỳ phù hợp để loại bỏ protein tích tụ trên màng, đảm bảo hiệu suất lọc ổn định. Kỹ thuật viên vận hành cần được đào tạo bài bản, triển khai ngay trong giai đoạn vận hành thử nghiệm.

3. Mở rộng ứng dụng AMBR cho các khu công nghiệp khác: Dựa trên kết quả thành công tại KCN Tân Bình, đề xuất nhân rộng mô hình AMBR cho các khu công nghiệp có nước thải tương tự nhằm nâng cao hiệu quả xử lý và tái sử dụng nước thải. Cơ quan quản lý môi trường phối hợp với các doanh nghiệp thực hiện trong 1-2 năm tới.

4. Nâng cao giám sát chất lượng nước sau xử lý: Thiết lập hệ thống giám sát liên tục các chỉ tiêu COD, TSS, coliform và EPS để đảm bảo nước thải sau xử lý luôn đạt tiêu chuẩn tái sử dụng, bảo vệ sức khỏe cộng đồng. Đơn vị vận hành và cơ quan quản lý môi trường chịu trách nhiệm, thực hiện thường xuyên.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và kỹ sư vận hành nhà máy xử lý nước thải: Nghiên cứu cung cấp dữ liệu thực nghiệm và giải pháp công nghệ AMBR hiệu quả, giúp cải thiện chất lượng nước thải và giảm chi phí vận hành.

2. Các nhà nghiên cứu và sinh viên chuyên ngành Công nghệ Môi trường: Luận văn là tài liệu tham khảo quý giá về ứng dụng công nghệ màng trong xử lý nước thải công nghiệp, phương pháp phân tích và đánh giá hiệu quả xử lý.

3. Cơ quan quản lý môi trường và chính sách: Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các quy chuẩn kỹ thuật và chính sách khuyến khích áp dụng công nghệ xử lý nước thải tiên tiến, góp phần bảo vệ nguồn nước và phát triển bền vững.

4. Doanh nghiệp trong các khu công nghiệp: Giúp hiểu rõ lợi ích của việc đầu tư công nghệ xử lý nước thải hiện đại, nâng cao trách nhiệm môi trường và khả năng tái sử dụng nước, giảm thiểu rủi ro pháp lý và chi phí xử lý.

Câu hỏi thường gặp

1. AMBR là gì và có ưu điểm gì so với công nghệ xử lý truyền thống?
   AMBR (Airlift Membrane Bioreactor) là công nghệ kết hợp quá trình sinh học hiếu khí với màng lọc dạng side-stream có dòng tuần hoàn khí thổi. Ưu điểm gồm hiệu quả xử lý cao, giảm lượng bùn thải, tiết kiệm năng lượng và khả năng loại bỏ vi sinh vật gây hại tốt hơn so với công nghệ SBR truyền thống.

2. Quá trình ban màng trong AMBR ảnh hưởng thế nào đến hiệu suất?
   Ban màng do sự tích tụ protein và các hợp chất polymer ngoại bào trên bề mặt màng làm tăng áp suất xuyên màng (TMP), giảm độ thấm và hiệu suất lọc. Kiểm soát thông lượng vận hành và rửa màng định kỳ giúp giảm thiểu hiện tượng này.

3. Nước thải sau xử lý bằng AMBR có thể tái sử dụng cho mục đích gì?
   Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn tái sử dụng cho nông nghiệp, đặc biệt tưới tiêu cây trồng không tiếp xúc trực tiếp với con người, giúp giảm nhu cầu sử dụng nước sạch và bảo vệ môi trường.

4. Phương pháp phân tích nào được sử dụng để đánh giá hiệu quả xử lý?
   Các chỉ tiêu như COD, TSS, độ đục, độ màu, protein, polysaccharide, UV absorbance và tổng coliforms được phân tích định lượng tại phòng thí nghiệm, kết hợp với đo áp suất xuyên màng và độ thấm màng để đánh giá hiệu quả và quá trình ban màng.

5. Làm thế nào để mở rộng ứng dụng AMBR trong các khu công nghiệp khác?
   Cần khảo sát đặc tính nước thải từng khu công nghiệp, điều chỉnh thông số vận hành phù hợp, đào tạo nhân sự vận hành và xây dựng hệ thống giám sát chất lượng nước sau xử lý để đảm bảo hiệu quả và an toàn khi nhân rộng công nghệ.

Kết luận

• Mô hình pilot AMBR xử lý nước thải công nghiệp tại KCN Tân Bình đạt hiệu quả xử lý COD và chất rắn lơ lửng trên 90%, vượt trội so với hệ thống SBR hiện hữu.
• Quá trình ban màng chủ yếu do protein tích tụ, ảnh hưởng đến áp suất xuyên màng và độ thấm, cần kiểm soát thông lượng vận hành và rửa màng định kỳ.
• Nước thải sau xử lý đáp ứng tiêu chuẩn tái sử dụng cho nông nghiệp, góp phần giảm thiểu ô nhiễm và khan hiếm nước.
• AMBR có ưu điểm tiết kiệm năng lượng, giảm lượng bùn thải và dễ dàng vận hành tự động, phù hợp với điều kiện xử lý nước thải công nghiệp tại Việt Nam.
• Đề xuất triển khai tối ưu thông số vận hành, mở rộng ứng dụng công nghệ và nâng cao giám sát chất lượng nước để phát huy hiệu quả lâu dài.

Next steps: Triển khai thử nghiệm mở rộng tại các khu công nghiệp khác, hoàn thiện quy trình vận hành và đào tạo nhân sự. Đẩy mạnh nghiên cứu kiểm soát ban màng và phát triển công nghệ màng mới.

Các nhà quản lý, kỹ sư và nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng và phát triển công nghệ AMBR nhằm nâng cao hiệu quả xử lý nước thải công nghiệp, góp phần bảo vệ nguồn nước và phát triển bền vững.

Trích đoạn nội dung tài liệu

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TPHCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA LÊ LINH THY UNG DỤNG MO HINH PILOT AIRLIFT MEMBRANE BIOREACTOR XU LY NUOC THAI CONG NGHIEP Chuyên ngành: Cong nghệ Mỗi trường Mã số: 60 85 06 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP. HO CHÍ MINH, tháng 08 năm 2012 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HO N THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUÓC GIA TP HÒ CHÍ MINH Cán bộ hướng dẫn khoa học: TS. BÙI XUÂN THÀNH Cán bộ chấm nhận xét 1: Cán bộ chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tai Trường Dai hoc Bách hoa, Ð QG p C ngày tháng 08 năm 2012 Thành phân Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: RBMWNem G D G. BUI XUAN THÀNH .Đ G BC ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc NHIEM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: LÊ LINH THY MSHV: 10250539 Ngày, tháng, năm sinh: 22/02/1985 Nơi sinh: Thành phố Hồ Chí Minh Chuyên ngành: Công nghệ Môi trường Mã số: 60 85 06 TEN DE TÀI: Ung dụng mô hình pilot Airlift Membrane Bioreactor (A-MBR) xử lý nước thai khu công nghiệp NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: e Nghiên cứu hiệu quả xử lý của mô hình pilot AMBR ở các tải trọng hữu co và thông lượng khác nhau theo thời gian.

e So sánh chất lượng nước thải sau xử lý của AMBR với SBR e Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình ban màng đối với mô hình AMBR. e Khảo sát đặc tinh của bùn tại các tải trọng và thông lượng khác nhau. NGÀY GIAO NHIỆM VU: 04/07/2011 HI. NGÀY HOÀN THÀNH NHIEM VU: 02/07/2012 IV.

CÁN BO HƯỚNG DAN: TS Bùi Xuân Thành Tp.HCM, ngày 24 tháng 09 năm 2012 CÁN BO HƯỚNG DAN CHU NHIEM BO MÔN DAO TẠO TRUONG KHOA MOI TRUONG LỜI CÁM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Quý thay cô Khoa Môi Trường và Phòng thí nghiệm khoa Môi trường - Trường Đại học Bách Khoa Tp.Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyén đạt những tri thức quý báu giúp tôi hoàn thành chương trình học của mình. Tôi xin chân thành cảm ơn PGS. TS Nguyễn Phước Dân và TS Bùi Xuân Thành đã nhiệt tình hướng dân và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện dé tài. Tôi cũng xin gui lời cam ơn các bạn cùng lớp Cao học Công nghệ Môi trường K2010, các kĩ thuật viên và các bạn sinh viên Khoa Môi trường K2007, K2009 đã nhiệt tình giúp đỡ và có những đóng gop lớn trong quá trình thực hiện thí nghiệm.

Tôi xin chân thành cam ơn lãnh dao nhà máy xu lý nước thai tập trung Khu Công Nghiệp Tan Bình đã tao mọi điều kiện thuận lợi cho tôi frong suốt quá trình nghiên cứu. Tôi xin gui lời cam ơn tới Mr Lim Aik Leng (Pentair Water Asia Pacific Pte Ltd.) đã tài trợ module mang Norit X-Flow cho tôi dé hoàn thành luận văn này. Cảm ơn gia đình và bạn bè đã động viên và giúp đỗ tôi trong suốt chặng đường học tap và nghiên cứu. LÊ LINH THY Tp.

Hô Chí Minh, ngày 25 tháng 07 năm 2012 TOM TAT NOI DUNG LUẬN VĂN Nghiên cứu nay tập trung vào việc đánh giá hiệu quả xử lý, chất lượng nước sau xử lý, van dé ban màng của mô hình pilot Airlift Membrane Bioreactor dé xử lý nước thải công nghiệp. Mô hình được đặt tại nhà máy xử lý nước thải tập trung khu công nghiệp Tân Bình. Nước thai đầu vào của AMBR được lẫy trực tiếp từ bé điều hòa của nhà máy xử lý nước thải KCN Tân Bình. Loại nước thải vào nhà máy là nước thải từ các ngành công nghiệp thực phẩm, bao bì giấy carton, dệt nhuộm có nông độ đầu vào cao và dao động lớn: COD 532 + 116 mg/L, SS 306 + 85 mg/L, độ đục 5214115 NTU, độ màu 352+120 Pt-Co.

Mô hình AMBR được duy trì ở bốn tải trong từ 1.ngày với hai thông lượng 30-40 L/m”.h, thời gian lưu nước (HRT) 9.6 h, thời gian lưu bùn (SRT) 30 ngày. Các chỉ tiêu phân tích bao gồm các chỉ tiêu về chất dinh dưỡng, độ đục, độ màu, chất hữu cơ, UVAss, protein, polysaccharide va tong coliforms. Kết quả cho thấy hiệu quả xử lý của AMBR hau hết tốt hơn hệ thống SBR hiện hữu. COD trung bình đầu ra l5 + 4 mg/L, độ duc và chất răn lơ lửng đầu ra thấp, hiệu quả xử lý trên 90%.

Kết quả xử lý độ màu của AMBR tốt hơn SBR, độ màu trung bình của dòng ra 32+4 Pt-Co. Ngoài ra, các hợp chat EPS như protein, polysaccharide cùa dòng ra lần lượt là 4. Quá trình ban màng của hệ thong AMBR ở thông lượng 40 L/m”.h xảy ra nhanh hon ở thông lượng 30 L/m”. Nguyên nhân gây ban màng chủ yếu là do protein tích lũy, bám trên bê mặt màng lọc.

Nước thải sau xử lý của AMBR có thê đáp ứng các tiêu chuân tái sử dụng nước thải cho nông nghiệp. Ngoài ra, nó còn có thê góp phân làm giảm nhu cầu sử dụng nước, tạo thêm nguồn nước mới cho nhu câu của con người nêu được áp dung rộng rãi. ABSTRACT Water pollution and over exploitation of water resources are main causes of water shortage in Viet Nam. The water is contaminated due to industrial wastewater and domestic wastewater are often untreated and discharged into the channels and rivers in Vietnam.

These lead to potential risks to publics’ health when consumed and threats to the environment. Water reuse is becoming increasingly popular all over the world which requires advanced wastewater treatment processes to achieve the standards required for reuse water. This research studies on fouling control and the performance of pilot-scale Airlift Membrane Bioreactor (AMBR) for treating industrial wastewater of industrial park. This pilot system is used to treat common industrial effluents from industrial park which contain majority of food industries.

The AMBR system is located at the central effluent treatment plant (CETP) of Tan Binh IP in Ho Chi Minh city. The influent of the AMBR system is taken directly from the equalization tank of the existing treatment system. The AMBR is maintained at the organic loading rate (OLR) of 1.8 kg COD/m” day, hydraulic retention time (HRT) of 9.6 h and the sludge retention time (SRT) of 30 days during study period. The flux of membrane is operated ranging from 30-40 L/m7.

The effluent of COD is 15 + 4 mg/L. The removal efficiency of suspended solids and tubidity are over 90%. The rejection of total coliforms was impressive with the AE-MBR. The influent total coliforms was 2.3x10* MPN/100 mL while the permeate coliforms is 10 — 2.

Protein plays the major role in membrane fouling. The permeate quality in terms of organic content, suspended solids, turbidity, colour, and total coliforms reach the reuse requirements for agricultural reuse for non-food crops. It is also developing new water resource in order to overcome with water shortage, and toward sustainable development. 13 DAT VAN DE20001050.

13 LoL GIG1 thigu oo eee .2 Mục tiêu nghién CUU .- -- 5G 1S HH ng ng ng 15 1.3 Phạm vi thực hiện của 6 tài.1 Một số khái niệm cơ bản trong công nghệ màng. Khái niệm màng 10C .- -- - - - << E2 1111119230111 192 30 11kg ng ve 16 2.2 Vật liệu, câu trúc của ¡i10 9 1 .3 Trở lực màng và TÌMP.-- -- - G2 Hng ng nnnn 21 2.5 Qua trình nghẹt màng: .2 Quá trình membrane bioreactor — MBR .1 Cau trúc MBR.--- 5c + HH HH HH Hư 25 2.2 Ưu điểm và nhược điểm của màng đặt ngập so với màng đặt ngoài .3 Những thuận lợi và bat lợi của MBR.4 Ứng dụng của MBR.3 Tổng quan nhà máy xử lý nước thải tập trung KCN Tân Bình .1 Quy trình công nghệ xử lý nước thải.2 Các giai đoạn của bể SBR.3 Ưu điểm và nhược điểm của SBR .4 Các quá trình sinh học diễn ra trong bể SBR.4 Tổng quan về tái sử dụng nước thải.-- --- + + 2 +52 +E+S££E£Et£E2EEE2Eczkzkrrrrree 37 2.-- Q Ăn ST TH ng ng vn 37 2.2 Vai trò của nước thải tái sử dụng.3 Đối tượng sử dụng .4 Chat lượng của nước thải được tái sử dụng .5 Khả năng ứng dung của công nghiệp mang cho tai sử dụng nước. Một sô yếu tô chất lượng cần quan tâm khi tái sử dụng nước thải .1 Nội dung nghiên CỨU. - c2 123001199119 ng ng kệ 46 3.2 Vat HEU nghién CUU 0n.1 Nước thải đầu Va0 wee eceecseeeseeeseeesseesnesseeesseesueesseesseesnnesseesinesenesanesseeeeneesnees 48 3.3 Module cỢ/Aiiit.3 Quy trình vận hành của mô hình AMBR.4 Kiểm soát các yếu tố trong quá vận hành .5 Phuong phap phan tich 200.

53 CHUONG 4 TT --LlS. 56 KET QUA VÀ THẢO LUẬN .--c:- 5c cct th tre 56 4.1 Hiệu qua xử lý của AMBR. ng ng ng ng kg 56 4.1 Giá trị pH và DO. - ---c c HT HH HH ng KH kh 56 “¬ “An —.4 Đánh giá hiệu quả xử lý chất dinh dưỡng .5 Hiệu quả xử lý độ màu, độ đục và chất răn lơ lỬng.6 Hiệu quả loại bỏ Coliform .2 Đặc tính bùn của hệ thong AMBR.1 MLSS, MLVSS và SVÏla.

LH ng ng 67 4.2 Vi sinh vat trong bùn hoạt tính của AMBR.3 Chất lượng nước sau xử lý của AMBR và khả năng tái sử dụng .4 So sánh hiệu quả xử lý của hệ thống AMBR và hệ thống SBR .5 Đánh giá về đặc tính ban màng.1 Trở lực ban đầu Rm của AMBR với nước sạch .2 Độ thắm và áp suất qua màng .3 Protein, polysaccharides và UVA ss4. ng ng kệ 77 4. 79 KET LUAN VA KIEN NGHL 00157.1 Kết Wan eee ccccccccsccccccscscesescescsccscseesesescsesecsevsvsesecsesesessuseseseseesessescseeseseuscsetseseeseen 79 5.- ¿-¿- 5-5225 S221 212122121215 2121212111212112121111211112121101211 1121211111 re 80 DANH MỤC CÁC CONG TRÌNH KHOA HỌC.-- 2-2-5252 22c222Ec22Ecrcrxee 82 TÀI LIEU THAM KHẢO.- -- c5 221215 921212112521115 2121211710111 111 011110 1 re 83 PHU LUC A. 5E 22221 2521515 1215212111 21212111 111151111 21101211 0101211112111 011101 re 90 PHU LUC B.

- 2 S221 E52191521215712111 2121211111215 1121 21101211 010101111211 11210111011 1e 94 PHU LUC 2 c Isi0006 00.