Thiết Kế MBR Để Xử Lý Nước Thải

Hiện nay màng MBR ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải. Tuy nhiên trong quá trình sử dụng màng cũng nên chú ý một số yếu tố để màng hoạt động tốt, tránh bị hư hỏng. Trong nội dung dưới đây, Môi trường Hợp Nhất tổng hợp một số vấn đề cần lưu ý khi thiết kế MBR để xử lý nước thải.

1. Quá trình tiền xử lý (Pre – Treatment)

Các loại nước thải khác nhau sẽ có các hệ thống tiền xử lý khác nhau như: tách rác, tách mỡ keo tụ - tạo bông oxy hóa bậc cao, kỵ khí….Đối với MBR cần lưu ý các yếu tố như sau:

- Tách rác: Hệ thống sử dụng yêu cầu tách rác mịn dạng lỗ tròn từ 0,5 đến 2mm. Các loại rác như tóc, vải, nhựa…nếu xuất hiện trong nước thải đầu vào, sau một thời gian sẽ làm mài mòn hoặc xước bề mặt màng MBR. Do đó, có thể làm giảm tuổi thọ hoặc hư hỏng màng. Thông thường khi thiết kế cần qua các bước sau:

• Bể thu gom: Tách rác thô 6 – 10mm.
• Bể điều hòa: Tách rác tinh 2mm.
• Đường ống chảy tràn từ Aerotank sang bể MBR: Hộp tách rác lỗ tròn 2mm. Hộp tách rác này thiết kế phù hợp với công suất cao nhất của hệ thống nước thải, có tác dụng như thiết bị bảo vệ cuối cùng nếu như tách rác 2mm phía trước bị hư hỏng hoặc lý do nào đó gây ra việc rác vào các bể xử lý phía sau.

- Tách dầu mỡ: Bề mặt màng sẽ bị tắc nghẽn bị bám bởi dầu mỡ động, thực vật hoặc dầu mỡ vô cơ. Vì dầu mỡ vô cơ (dầu thô, dầu hỏa…) ít bị phân hủy bởi bùn vi sinh, nên cần xử lý bằng tuyển nổi hoặc vải lọc dầu…Các loại dầu mỡ động thực vật thông thường nếu nhỏ hơn 50mg/l có thể xử lý bằng bùn hoạt tính, với lượng cao hơn nên có các công trình xử lý phù hợp như bể tách mỡ hay bể tuyển nổi.

- Chất hoạt động bề mặt: Các chất hoạt động bề mặt sẽ tạo bọt trong bể aerotank dẫn đến việc tràn bùn. Không được sử dụng chất phá bọt dạng polymer, điều này có thể gây tắc nghẽn màng.

- Tách cát: Các nguồn nước thải có cát, phải có công trình tách cát như ban đầu, lượng cát vào nhiều sẽ gây nghẹt màng hoặc giảm tuổi thọ của màng. Các hồ bể cần làm việc sinh hết vữa, xi măng, bê tông vụn trước khi đưa vào vận hành.

- Vật liệu mài mòn: Các vật liệu có tính ăn mòn như sắt, nhựa…làm hồ bể hay các cấu kiện trong các hạng mục xử lý phải được thiết kế hoặc thay thế bằng các vật liệu liệu không có tính ăn mòn. Vì các vật liệu mài mòn này sẽ gây hư hỏng màng.

- Độ pH: Mỗi loại màng sẽ vận hành trong khoảng pH khác nhau tùy theo loại vật liệu mà nhà sản xuất sử dụng. Ví dụ như màng Koch vật liệu cấu tạo nên lỗ màng là PVDF thì pH vận hành từ 2 đến 10,5. Nếu nước có tính axit hay kiềm thì cần điều chỉnh bằng cách thêm chất trung hòa vào cho pH về trung tính.

- Nhiệt độ: Nhiệt độ vận hành các loại màng phụ thuộc vào loại vật liệu mà nhà sản xuất sử dụng. Ví dụ như màng Koch có nhiệt độ vận hành từ 5oC đến 40oC.

2. Thiết kế hệ thống MBR

Bể điều hòa: Thời gian lưu nước trong bể điều hòa rất quan trọng với hệ thống MBR vì màng cần vận hành với lưu lượng đều từng giờ trong ngày, việc vận hành quá công suất trung bình giờ của hệ thống MBR sẽ làm giảm tuổi thọ, tác hoặc hư hỏng màng. Bể điều hòa nhỏ cần tăng số lượng màng lên phù hợp để có thể vận hành với công suất cao nhất từng giờ, việc tăng số lượng màng MBR ảnh hưởng tới chi phí đầu tư. Mặt khác bể điều hòa nhỏ còn ảnh hưởng tới hệ vi sinh vật do nguồn cấp dinh dưỡng để nó tăng trưởng không ổn định và thời gian lưu thực tế hệ vi sinh giảm đi do vận hành công suất trung bình giờ cao nhất trong giờ cao điểm làm ảnh hưởng đến chất lượng nước đầu ra. Theo kinh nghiệm, thời gian lưu nước trong bể điều hòa như sau:

• Nước thải khu công nghiệp: 12h – 16h
• Chung cư, bệnh viện, khu nghỉ dưỡng, khách sạn: 12h
• Tòa nhà văn phòng, khu thương mại: 16h – 17h

Bể aerotank hệ AO: Các ngăn anoxic và aerotank trong hệ thống MBR được thiết kế với thời gian lưu ngắn hơn công nghệ aerotank truyền thống do bể sinh học vận hành MLSS cao (tới 12.000 mg/l). Theo kinh nghiệm thiết kế thời gian lưu giảm được 50% so với các tính bể sinh học thông thường.

Khi thiết kế hệ MBR nên thiết kế ngăn chứa màng riêng biệt, đảm bảo vừa kích thước module màng, bơm bùn tuần hoàn và không gian thao tác. Ngăn này không thiết kế làm quá lớn vì sẽ gây ra việc tốn hóa chất làm sạch màng chế độ rửa ngoài (offline) sau này. Thông thường thể tích bể sinh học hiếu khí thiết kế theo tính toán và chia thành 2 ngăn: ngăn aerotank và ngăn module màng. Khi thiết kế ngăn module màng riêng, đối với màng Koch ít bị tắc nghẽn bùn thì không cần phải đem màng ra ngoài làm vệ sinh, chỉ cần ngâm màng với hóa chất (nước Javel hoặc axit nếu cần thiết) trực tiếp trong ngăn MBR.

Cần có bể chứa nước sạch đầu ra để cho bơm rửa ngược vận hành. Có thể làm nơi trữ nước cho các mục đích tái sử dụng phù hợp.

Chọn bơm và van khóa: Hoạt động của cụm màng được theo dõi thông qua thông số thông lượng của màng (flux), là lưu lượng nước qua một đơn vị diện tích màng trong một đơn vị thời gian (l/m2.h). Sau một thời gian hoạt động, áp suất qua màng sẽ tăng lên. Khi đó phải tiến hành rửa ngược để làm sạch màng.

Ví dụ:

• Đối với module màng Koch, vận hành theo nguyên lý lọc không liên tục với chế độ 10 phút hút màng (filtration) và 30 giây rửa ngược màng (backwash) và sục khí liên tục, bơm lọc được điều khiển bởi phao trong ngăn MBR.
• Trong khi hoạt động, màng sẽ bị bám bẩn dần bởi bông bùn sinh học. Khi sục khí, các bọt khí di chuyển từ dưới lên trên sẽ tạo ra sự xáo trộn và làm bong bông bùn trên bề mặt màng, tuy nhiên nếu bơm hút hoạt động liên lục thì sự xáo trộn không đủ để làm sạch bề mặt màng.
• Vì vậy, ngưng bơm hút và sục khí liên tục, bơm lọc được điều khiển bởi phao trong ngăn MBR. Trong khi hoạt động, màng sẽ bị bám bẩn dần bởi bông bùn sinh học. Khi sục khí, các bọt khí di chuyển từ dưới lên sẽ tạo ra sự xáo trộn và làm bong bông bùn trên bề mặt màng.
• Tuy nhiên, nếu bơm hút hoạt động liên tục thì sự xáo trộn không đủ để làm sạch bề mặt màng. Vì vậy, ngưng bơm hút và sục khí liên tục sẽ làm giảm hiện tượng bám bẩn trên màng.

Nguyên tắc vận hành ngăn màng với màng Koch được nêu trên hình dưới đây:

Thông thường chọn bơm hút với lưu lượng gấp 1,5 đến 2 lần công suất trung bình giờ của hệ thống, với cột áp 10mH2O. Việc chọn bơm hút màng với công suất cao hơn trung bình giờ là do một số nguyên nhân làm tổn thất áp lực như: chiều cao bể, mật độ bùn trong bể, vị trí lắp bơm hút… Khi lắp đặt bơm hút cần lắp hệ biến tần để điều khiển bơm hút kết hợp với đồng hồ lưu lượng điện từ hoặc hệ van hồi lưu kết hợp với đồng hồ lưu lượng điện từ hoặc hệ van hồi lưu kết hợp với đồng hồ lưu lượng dạng cơ. Lưu lượng hút qua màng phải theo công suất cao nhất từng giờ của hệ thống. Áp vận hành của bơm hút màng thường giới hạn nhỏ hơn – 0,5 kg/cm2.

Lưu lượng thiết kế cho bơm rửa màng là 30 lút/m2/giờ. Từ số màng MBR sử dụng mà ta chọn bơm với công suất phù hợp. Khi lắp đặt bơm màng rửa cần lắp hệ van hồi lưu kết hợp với đồng hồ lưu lượng dạng cơ. Áp suất vận hành của bơm hút màng thườn giới hạn nhỏ hơn 0,1 kg/cm2.

Khi vận hành màng MBR cũng giống như bể lắng II thì bùn sẽ tập trung về ngăn MBR, đồng thời từ ngăn sinh học hiếu khí về ngăn anoxic cũng cần tuần hoàn bùn khử nitơ. Vì vậy, cần lắp đặt tại bể MBR 02 bơm tuần hoàn bùn chạy luân phiên để giải quyết 2 vấn đề nêu trên. Lưu lượng tuần hoàn giống như hệ sinh học thông thường từ 2 – 4 lần lưu lượng trung bình của hệ thống xử lý tùy vào đặc điểm của từng hệ thống nước thải.

3. Tính lượng khí làm sạch màng

Khí làm sạch màng rất quan trọng trong ngăn màng MBR. Sục khí không tốt hoặc không đủ sẽ gây ra việc bùn bám vào màng dẫn đến nghẹt màng. Lúc đó màng phải được đưa ra ngoài để làm sạch. Lượng khí cấp cho màng MBR Koch loại PURON khác, thông thường thiết  kế với lưu lượng khí là: 0,15 m3/tấm/phút.

Trên đây là một số vấn đề cần lưu ý trong quá trình thiết kế MBR để xử lý nước thải.

Nếu Quý khách đang có nhu cầu lắp đặt màng MBR và cần được cần tư vấn thêm thông tin chi tiết, xin vui lòng liên hệ Công ty Môi trường Hợp Nhất qua Hotline: 0938.857.768 để được hỗ trợ tận tình.

Bộ phận Truyền thông & Marketing: Tổng hợp