Bởi: Kate
Email:kate@aquasust.com
Ngày: 4 tháng 12 năm 2024
1. Tổng quan về quy trình MBR
MBR (Lò phản ứng sinh học màng)là công nghệ xử lý sinh học màng được ứng dụng trong xử lý nước. Là hệ thống kết hợp giữa công nghệ tách màng và công nghệ xử lý sinh học nước thải. Nó được công nhận là một trong những công nghệ xử lý nước thải và thu hồi tài nguyên tiên tiến và hiệu quả nhất trên thế giới hiện nay.
Công nghệ MBR tận dụng chức năng tách của màng, thay thế bể lắng thứ cấp, bộ lọc cát, bộ phận khử trùng và các bộ phận khác của quy trình bùn hoạt tính truyền thống bằng thiết bị tách màng. Nó sử dụng màng vi lọc/siêu lọc (MF/UF) để lọc trực tiếp nước thải từ bể sục khí. Chất rắn lơ lửng trong hỗn hợp bùn hoạt tính được giữ lại hoàn toàn và tuần hoàn trở lại bể phản ứng. Kết quả là tuổi bùn có thể được kéo dài, nồng độ bùn tăng và tải lượng bùn giảm. Điều này đẩy nhanh quá trình phân hủy vi sinh vật của các chất ô nhiễm, cải thiện đáng kể hiệu quả xử lý nước thải và đảm bảo chất lượng nước thải không chỉ ổn định và đáng tin cậy mà còn đáp ứng các tiêu chuẩn nước tái chế chất lượng cao. Nó đặc biệt thích hợp để nâng cấp các nhà máy xử lý nước thải ở Trung Quốc nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải mới đặt ra vào năm 2011, cũng như tái sử dụng nước thải công nghiệp.
Vi lọc/Siêu lọc (MF/UF)màng có kích thước lỗ rỗng và phạm vi giới hạn trọng lượng phân tử. Nói chung, kích thước lỗ của màng siêu lọc nằm trong khoảng từ 0.01 đến 0,1 μm, với phạm vi giới hạn trọng lượng phân tử (MWCO) là 5,000 đến 500,{{ 9}} Dalton. MWCO danh nghĩa của màng vi lọc thường được sử dụng trong xử lý nước thải nằm trong khoảng từ 30,000 đến 800,000 Dalton.
2. Ưu điểm của màng MBR
MBR mang lại những lợi thế đáng kể mà các quá trình sinh học độc lập khác không thể sánh được:
1.Chất lượng nước thải tuyệt vời và ổn định
Điều này được thể hiện ở hiệu quả tách chất rắn-lỏng cao. Chất rắn lơ lửng của nước thải hầu như luôn có thể được duy trì ở mức gần bằng 0 và không dễ bị ảnh hưởng bởi các yếu tố như phân hủy bùn hoặc tạo cặn bùn trong thời gian ngắn.
2.Thiết kế lò phản ứng nhỏ gọn
Lò phản ứng nhỏ gọn hơn vì có thể hoạt động bình thường ở nồng độ bùn cao, mang lại hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ cao đồng thời tiết kiệm không gian. Không cần hệ thống bể lắng thứ cấp.
3.Thuận lợi cho việc nuôi cấy vi khuẩn nitrat hóa hiếu khí
Hệ thống tăng cường khả năng nitrat hóa của vùng hiếu khí. Điều này được phản ánh ở hiệu quả cao của việc loại bỏ nitơ amoniac và duy trì ổn định trong thời gian dài.
4.Tách biệt hoàn toàn thời gian lưu thủy lực và thời gian lưu bùn
Việc tách biệt hoàn toàn thời gian lưu thủy lực (HRT) và thời gian lưu bùn (SRT) của lò phản ứng cho phép kiểm soát vận hành linh hoạt hơn.
5.Nồng độ vi khuẩn cao và khả năng chống sốc mạnh
Nồng độ vi sinh vật trong lò phản ứng cao và có khả năng chống sốc mạnh. Với tuổi bùn dài, việc tách màng đảm bảo rằng các phân tử lớn, khó phân hủy trong nước thải có đủ thời gian lưu trong thể tích bể phản ứng giới hạn về mặt sinh học. Điều này cải thiện đáng kể hiệu quả phân hủy của chất hữu cơ khó phân hủy. Lò phản ứng hoạt động với tải trọng thể tích lớn, tải lượng bùn thấp và tuổi bùn dài, giúp giảm lượng bùn thải một cách hiệu quả.
3. Xu hướng phát triển tương lai của màng MBR
1.Vai trò quan trọng của công nghệ MBR trong xử lý nước thải
Trong những năm gần đây, kinh nghiệm cho thấy công nghệ MBR đã trưởng thành và có thể đạt được thiết kế và vận hành thành công. Nó có thể được sử dụng để xử lý cả nước thải đô thị và nước thải công nghiệp. Do đó, khi công nghệ MBR tiếp tục phát triển và trưởng thành, nó được kỳ vọng sẽ được áp dụng rộng rãi trên toàn cầu như một công nghệ thực tế và hiệu quả về mặt kinh tế.
2.Triển vọng ứng dụng MBR
Ứng dụng chính của MBR phải là xử lý nước thải đô thị, đặc biệt vì các thành phố yêu cầu diện tích đất nhỏ để xử lý nước thải. Nước thải chất lượng cao có thể được tái sử dụng hoặc dùng làm tiền xử lý cho quá trình lọc nano và thẩm thấu ngược, đồng thời phải đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải nghiêm ngặt.
Công nghệ MBR cũng có hiệu quả trong việc xử lý nước thải công nghiệp, như nước thải chế biến thực phẩm, nước thải lò mổ và nước rỉ rác từ bãi rác. Nó đã chứng tỏ hiệu quả loại bỏ tuyệt vời đối với các chất gây rối loạn nội tiết (EDS) trong nước rỉ rác ở bãi rác và có thể loại bỏ nitrat trong nước uống (với tỷ lệ loại bỏ lên tới 98,5%).
3.Kiểm soát cặn màng
Cần nghiên cứu sâu hơn về cơ chế gây tắc nghẽn màng, đặc biệt là nghiên cứu về tắc nghẽn sinh học. Màng hiệu quả hơn, có thể kiểm soát và giảm thiểu giải pháp chống ô nhiễm cần được phát triển. Việc sử dụng công nghệ máy tính và cảm biến để kiểm soát tắc nghẽn màng trực tuyến cần được khám phá đầy đủ. Trong việc cải tiến các phương pháp làm sạch, cần đặc biệt chú ý đến việc sử dụng các hóa chất an toàn.
4.Lựa chọn cấu trúc và vật liệu màng dựa trên loại nước thải
Cấu trúc và vật liệu màng phải được lựa chọn chính xác dựa trên loại nước thải. Nên áp dụng các vật liệu màng và cụm mô-đun hiệu suất cao, tiết kiệm năng lượng mới. Cần thúc đẩy việc tích hợp hệ thống MBR hiếu khí và kỵ khí. Ngoài ra, cần tận dụng triệt để các mô hình toán học và công nghệ máy tính để tối ưu hóa các thông số vận hành nhằm đạt được chất lượng nước thải tốt hơn, giúp quá trình này tiết kiệm và hiệu quả hơn.
4. Nguyên lý hoạt động của màng MBR
Trong các ứng dụng kỹ thuật thực tế, quy trình MBR (Lò phản ứng sinh học màng) nhúng được sử dụng phổ biến hơn và kinh nghiệm của ngành với loại hệ thống này tương đối trưởng thành. Do đó, chúng tôi sẽ sử dụng loại MBR này làm ví dụ để phân tích. Nguyên tắc chung như sau:
Nước thô đi vào lò phản ứng sinh học, tại đây chất hữu cơ bị oxy hóa và phân hủy bởi bùn hoạt tính hỗn hợp nồng độ cao. Bên dưới mô-đun màng là hệ thống sục khí, không chỉ cung cấp đủ oxy hòa tan (DO) cho các vi sinh vật trong dung dịch hỗn hợp mà còn thúc đẩy quá trình trộn kỹ lưỡng. Sự khuấy trộn do bong bóng gây ra, cùng với dòng tuần hoàn hình thành trên bề mặt màng, có tác dụng cọ rửa và cắt trên bề mặt màng, ngăn chặn hiệu quả sự lắng đọng không thể đảo ngược của các chất ô nhiễm trên bề mặt màng trong điều kiện phi nhân tạo. Nước đã xử lý sau đó được hút qua máy bơm tự mồi và được ngăn cách bằng màng, với pha lỏng đi qua màng và được thải ra khỏi hệ thống.
Thông thường, quy trình MBR có một số thông số vận hành chính, bao gồm dòng màng, hệ số thấm, tốc độ lưu giữ và độ phân cực nồng độ.
1.Thông lượng màng
Thông lượng màng (J) đề cập đến lượng vật liệu đi qua một đơn vị diện tích của màng trong một đơn vị thời gian. Nó thường được biểu thị bằng đơn vị SI là [m³/(m²·s)] hoặc đơn giản hóa thành m/s. Trong tính toán kỹ thuật thực tế, các đơn vị không phải SI thường được sử dụng để đo thông lượng, chẳng hạn như LMH (lít trên mét vuông trên giờ), với đơn vị là [L/(m²·h)]. Màng MBR điển hình đáp ứng các yêu cầu xử lý nước thải chung có LMH ít nhất là 10 L/(m2·h).
Các yếu tố ảnh hưởng đến dòng màng bao gồm động lực truyền khối, sức cản của màng, điều kiện dòng chảy của dung dịch cấp vào phía màng (tương đương với sức cản của lớp biên) và mức độ tắc nghẽn của màng.
2.Hệ số thấm
Hệ số thấm (Lp) của màng biểu thị lượng vật liệu đi qua màng trên một đơn vị thời gian và một đơn vị diện tích dưới một đơn vị áp suất. Nó được biểu thị đơn giản dưới dạng dòng màng trong điều kiện áp suất đơn vị. Hệ số thấm là một trong những thông số chính để đánh giá hiệu suất hiện tại của màng.
3. Tỷ lệ duy trì
Trong quá trình tách màng, chất lỏng đi qua màng được gọi là chất thấm và chất lỏng được màng giữ lại được gọi là chất giữ lại. Tỷ lệ lưu giữ được sử dụng để mô tả đặc tính hiệu suất phân tách của màng, bao gồm tỷ lệ lưu giữ được quan sát/báo cáo (Robs) và tỷ lệ lưu giữ thực tế/nội tại (Ract). Định nghĩa của nó như sau:
Trong đó Cp và Cb tương ứng là nồng độ chất tan trong dung dịch thấm và dung dịch thức ăn, có thể đo trực tiếp. Tuy nhiên, do các chất hòa tan bị giữ lại và bám dính trên bề mặt màng nên nồng độ chất tan (Cm) trên bề mặt màng cao hơn nồng độ trung bình của dung dịch cấp liệu. Do đó, tỷ lệ duy trì thực tế là:
Giá trị của Cm thường không thể đo được trực tiếp và cần được ước tính bằng mô hình tính toán.
4.Phân cực nồng độ
Trong quá trình điều khiển áp suất thực tế, dòng màng thường giảm theo thời gian và tốc độ lưu giữ chất tan cũng thay đổi. Nguyên nhân chính của hiện tượng này là do sự phân cực nồng độ và sự tắc nghẽn màng.
Phân cực nồng độ đề cập đến hiện tượng trong đó, trong điều kiện chịu áp lực, dung môi trong dung dịch cấp liệu đi tự do qua màng, trong khi các chất hòa tan được màng giữ lại. Dòng dung môi liên tục mang các chất tan lên bề mặt màng, gây ra sự tích tụ chất tan trên màng. Kết quả là nồng độ chất tan (Cm) trên bề mặt màng tăng dần, dẫn đến gradient nồng độ gây ra sự khuếch tán ngược từ bề mặt màng sang dung dịch cấp liệu. Sau một thời gian ổn định, khi dòng dung dịch cấp tới bề mặt màng bằng với độ khuếch tán ngược thì lớp ranh giới phân cực nồng độ ổn định được hình thành. Điều kiện lưu giữ hoàn toàn được biểu thị bằng phương trình sau:
Tỷ số Cm/Cb được gọi là tỷ số phân cực nồng độ. Tỷ lệ này càng cao thì càng bất lợi cho việc tách màng.
Thông lượng màng (J) dễ đo hơn, nhưng k là tỷ lệ giữa hệ số khuếch tán với độ dày lớp biên. Giá trị của k liên quan đến điều kiện dòng chảy trên bề mặt màng và có thể được tính bằng cách sử dụng tương quan số không thứ nguyên truyền khối hoặc xác định bằng thực nghiệm. Phương pháp xác định giá trị k có thể được tìm thấy trong bài báo của Zeman và Zydney (1996).
