Đánh Giá Thích Nghi Sinh Khối Bùn Và Quá Trình Bẩn Màng Trong Hệ Anoxic – MBR Ứng Dụng Trong Xử Lý Nước Thải Nhiễm Mặn

Nước thải nhiễm mặn phát sinh từ nhiều ngành công nghiệp và có đặc tính ô nhiễm phức tạp. Nước thải mô phỏng ngành thuộc da thường chứa hàm lượng chất hữu cơ cao. Đồng thời, nguồn nước này cũng có nồng độ muối đáng kể. Những đặc điểm đó khiến các phương pháp xử lý truyền thống gặp nhiều khó khăn. Vì vậy, việc nghiên cứu đánh giá thích nghi sinh khối bùn và quá trình bẩn màng trong hệ Anoxic – MBR ứng dụng trong xử lý nước thải nhiễm mặn được thực hiện để theo dõi sự phát triển của bùn hoạt tính. Đồng thời, nghiên cứu cũng đánh giá mức độ bẩn màng trong quá trình vận hành. Các kết quả thu được là cơ sở để đánh giá khả năng hoạt động của mô hình trong điều kiện nước thải có độ mặn cao.

Nước thải nhiễm mặn đặt ra nhiều thách thức cho quá trình xử lý

Ngành thuộc da là một trong những lĩnh vực phát sinh lượng nước thải có mức độ ô nhiễm cao. Nước thải không chỉ chứa các hợp chất hữu cơ. Nguồn nước này còn chứa nhiều thành phần vô cơ và muối hòa tan. Nếu không được xử lý trước khi xả thải, nước thải có thể ảnh hưởng đến hệ sinh thái thủy sinh. Đồng thời, chất lượng đất cũng có nguy cơ bị suy giảm.

Theo nội dung nghiên cứu, nhiều công nghệ đã được áp dụng để xử lý nước thải nhiễm mặn. Trong đó, hệ thống phản ứng sinh học màng MBR được xem là một giải pháp nổi bật. Công nghệ này kết hợp xử lý sinh học với quá trình tách nước bằng màng. MBR còn giúp giảm nhu cầu xây dựng các công trình xử lý phía sau. Ví dụ như bể lắng, bể lọc và công đoạn khử trùng. Ngoài ra, hệ thống còn tạo ra lượng bùn dư thấp hơn.

Xuất phát từ thực tế đó, nhóm nghiên cứu tiến hành đánh giá thích nghi sinh khối bùn và quá trình bẩn màng trong hệ Anoxic – MBR ứng dụng trong xử lý nước thải nhiễm mặn. Mục tiêu là theo dõi khả năng phát triển của sinh khối bùn. Nghiên cứu cũng đánh giá mức độ bám bẩn của màng trong điều kiện vận hành thực tế.

Mục tiêu của nghiên cứu đánh giá thích nghi sinh khối bùn và quá trình bẩn màng trong hệ Anoxic – MBR

Nghiên cứu tập trung xây dựng mô hình Anoxic – MBR để xử lý nước thải tổng hợp mô phỏng nước thải thuộc da có độ mặn cao. Mục tiêu chính là đánh giá khả năng thích nghi của bùn hoạt tính trong môi trường nhiễm mặn. Đồng thời, nghiên cứu theo dõi quá trình bẩn màng trong suốt thời gian vận hành.

Ngoài ra, nhóm nghiên cứu còn xem xét mối liên hệ giữa sự phát triển của sinh khối và áp suất chuyển màng. Các thông số theo dõi phản ánh khả năng vận hành của hệ thống. Đây cũng là cơ sở cho các hướng cải tiến trong giai đoạn tiếp theo.

Vật liệu nghiên cứu

Nguồn nước sử dụng trong mô hình là nước thải nhân tạo mô phỏng nước thải thuộc da. Nước thải được pha chế trong phòng thí nghiệm. Thành phần nước được xây dựng để duy trì lượng chất ô nhiễm ổn định. Đồng thời, tỷ lệ dinh dưỡng cũng được kiểm soát trong suốt quá trình nghiên cứu.

Glucose được sử dụng làm nguồn carbon với giá trị COD khoảng 600 mg/L. Tỷ lệ COD:N:P được duy trì ở mức 100:6,5:1,6. Việc lấy mẫu và bảo quản mẫu được thực hiện theo các tiêu chuẩn Việt Nam tương ứng. Cách thực hiện này giúp bảo đảm tính thống nhất trong toàn bộ quá trình phân tích.

Các đặc tính của nước thải đầu vào gồm:

• pH từ 6 đến 7.
• TDS khoảng 1.520 ppm.
• COD khoảng 765 mg/L.
• NH₄⁺-N khoảng 6,8 mg/L.
• NO₂⁻-N khoảng 0,3 mg/L.
• NO₃⁻-N khoảng 0,02 mg/L.
• PO₄³⁻-P khoảng 0,375 mg/L.
• Độ mặn NaCl khoảng 5.000 mg/L.

Những thông số này được duy trì xuyên suốt quá trình thử nghiệm để đánh giá chính xác sự thích nghi của bùn hoạt tính và diễn biến của quá trình bẩn màng.

Mô hình Anoxic – MBR được sử dụng trong nghiên cứu

Mô hình nghiên cứu bao gồm bể đầu vào, bể thiếu khí và bể hiếu khí. Dòng nước thải được dẫn từ bể đầu vào sang bể thiếu khí trước khi chuyển tiếp đến bể hiếu khí. Một phần nước trong bể hiếu khí được tuần hoàn trở lại bể thiếu khí nhằm duy trì quá trình vận hành của hệ thống.

Màng lọc được bố trí trong bể hiếu khí. Nước sau xử lý được bơm hút qua màng và đưa đến bể chứa đầu ra. Cấu hình này được sử dụng xuyên suốt quá trình nghiên cứu để theo dõi sự thay đổi của sinh khối bùn cũng như áp suất chuyển màng.

Các thông số vận hành chính của mô hình gồm:

• Thể tích hữu ích: 11 lít.
• Thời gian thích nghi: 30 ngày.
• Chu kỳ hút và nghỉ của màng: 8 phút hút, 2 phút nghỉ.
• Thông lượng thiết kế: 8–33 L/m²·giờ.
• Tải trọng hữu cơ: 1,5 kg COD/m³.ngày.
• Thời gian lưu nước: 9,4 giờ.
• Thời gian lưu bùn: 30 ngày.

Các chỉ tiêu theo dõi trong quá trình nghiên cứu

Để thực hiện đánh giá thích nghi sinh khối bùn và quá trình bẩn màng trong hệ Anoxic – MBR ứng dụng trong xử lý nước thải nhiễm mặn, nhóm nghiên cứu lựa chọn các chỉ tiêu phản ánh trực tiếp sự phát triển của bùn hoạt tính và trạng thái vận hành của màng lọc.

Các chỉ tiêu được phân tích gồm MLSS, MLVSS, SVI và áp suất chuyển màng (TMP). Những thông số này được xác định theo phương pháp phân tích trong Standard Methods for the Examination of Water and Wastewater (APHA, 1998). Tần suất lấy mẫu được duy trì ba lần mỗi tuần nhằm bảo đảm theo dõi liên tục sự biến đổi của hệ thống.

Kết quả đánh giá thích nghi sinh khối bùn và quá trình bẩn màng trong hệ Anoxic – MBR

Sau khi hoàn thành giai đoạn thiết lập mô hình, nhóm nghiên cứu tiến hành theo dõi sự phát triển của bùn hoạt tính trong môi trường nước thải nhiễm mặn. Các chỉ tiêu MLSS, MLVSS và SVI được lựa chọn để phản ánh khả năng thích nghi của sinh khối. Kết quả thu được cho thấy hệ thống duy trì hoạt động ổn định trong suốt thời gian vận hành và bùn hoạt tính có khả năng thích nghi với điều kiện độ mặn của nước thải.

Sinh khối bùn phát triển ổn định sau giai đoạn thích nghi

Ở thời điểm bắt đầu vận hành, nồng độ bùn trong bể chỉ khoảng 1.032 mg/L. Trong 30 ngày đầu, đây được xác định là giai đoạn thích nghi của bùn hoạt tính với môi trường nước thải nhiễm mặn. Trong khoảng thời gian này, lượng MLSS tăng nhanh từ 1.032 mg/L lên khoảng 3.690 mg/L, cho thấy vi sinh vật từng bước thích ứng với điều kiện vận hành của mô hình.

Sau khi kết thúc giai đoạn thích nghi, MLSS có thời điểm giảm xuống khoảng 2.732 mg/L. Theo nghiên cứu, sự suy giảm này xảy ra do quá trình rút bùn định kỳ với lượng khoảng 2,5 lít mỗi tuần, kết hợp cùng nồng độ cơ chất đầu vào thấp nên sinh khối không tiếp tục tăng mạnh. Đây là diễn biến được ghi nhận trong quá trình vận hành và không phản ánh sự mất ổn định của hệ thống.

Sau khi điều chỉnh lại lượng cơ chất cấp vào, sinh khối tiếp tục phát triển. Đến ngày vận hành thứ 169, nồng độ MLSS đạt khoảng 5.538 mg/L. Kết quả này cho thấy bùn hoạt tính có khả năng thích nghi tốt trong điều kiện nước thải có độ mặn được mô phỏng trong nghiên cứu.

MLVSS biến động cùng xu hướng với MLSS

Bên cạnh MLSS, nghiên cứu còn theo dõi chỉ tiêu MLVSS nhằm đánh giá phần chất rắn bay hơi đại diện cho lượng sinh khối vi sinh vật trong hệ thống.

Kết quả cho thấy MLVSS luôn biến động cùng chiều với MLSS trong suốt gần sáu tháng vận hành. Giá trị MLVSS dao động từ khoảng 722 mg/L đến 3.877 mg/L. Xu hướng này phản ánh sự phát triển đồng thời của sinh khối vi sinh trong quá trình vận hành mô hình Anoxic – MBR.

Sự tương quan giữa hai thông số cho thấy quá trình phát triển của bùn hoạt tính diễn ra ổn định khi điều kiện vận hành được duy trì phù hợp. Đây cũng là cơ sở để nhóm nghiên cứu tiếp tục đánh giá khả năng vận hành của hệ thống trong môi trường nước thải nhiễm mặn.

Chỉ số SVI phản ánh khả năng lắng tốt của bùn

Ngoài MLSS và MLVSS, nghiên cứu còn sử dụng SVI để đánh giá đặc tính lắng của bùn hoạt tính.

Trong suốt thời gian khảo sát, SVI dao động từ 100 đến 149 mL/g. Khi nồng độ COD đầu vào cao và nguồn dinh dưỡng đáp ứng nhu cầu phát triển của vi sinh vật, giá trị SVI tăng tương ứng. Khi lượng cơ chất giảm do quá trình phân hủy sinh học, chỉ số này có xu hướng giảm dần.

Giá trị SVI trung bình đạt khoảng 118 mL/g. Theo kết quả nghiên cứu, mức này phản ánh bùn có khả năng lắng tốt và nước sau xử lý ít bị đục. Đây là một trong những chỉ dấu cho thấy sinh khối vẫn duy trì được đặc tính vận hành ổn định trong điều kiện nước thải nhiễm mặn của mô hình nghiên cứu.

Nhận xét về khả năng thích nghi của sinh khối bùn

Kết quả theo dõi các chỉ tiêu MLSS, MLVSS và SVI cho thấy sinh khối bùn hoạt tính thích nghi tốt với nước thải nhiễm mặn mô phỏng. Sau giai đoạn thích nghi ban đầu, sinh khối tiếp tục phát triển. Nguyên nhân là điều kiện cấp cơ chất đã được điều chỉnh phù hợp. Chỉ số SVI vẫn duy trì trong khoảng khảo sát. Kết quả này phản ánh khả năng lắng của bùn ở mức tốt.

Những kết quả trên là cơ sở để tiếp tục đánh giá thích nghi sinh khối bùn và quá trình bẩn màng trong hệ Anoxic – MBR ứng dụng trong xử lý nước thải nhiễm mặn. Ngoài sinh khối bùn, nghiên cứu còn theo dõi áp suất chuyển màng (TMP). Thông số này được sử dụng để đánh giá mức độ bẩn màng trong quá trình vận hành. Nội dung này được trình bày trong phần tiếp theo.

Đánh giá quá trình bẩn màng trong hệ Anoxic – MBR

Song song với việc theo dõi sinh khối bùn, nghiên cứu còn đánh giá mức độ bẩn màng thông qua áp suất chuyển màng (TMP). Đây là thông số phản ánh trạng thái làm việc của màng lọc. TMP được theo dõi liên tục trong suốt quá trình vận hành. Hệ thống luôn hoạt động với thông lượng không đổi. Mục tiêu là xác định thời điểm cần thực hiện vệ sinh màng.

TMP tăng dần theo thời gian vận hành

Trước khi đưa vào sử dụng, màng được làm sạch bằng nước và tiếp tục ngâm bằng dung dịch NaClO theo quy trình nghiên cứu. Trong quá trình vận hành, giá trị TMP tăng dần theo thời gian. Kết quả này cho thấy mức độ bám bẩn trên bề mặt màng cũng tăng lên tương ứng khi hệ thống hoạt động liên tục.

Theo kết quả nghiên cứu, sự gia tăng của TMP có quan hệ thuận với nồng độ MLSS trong bể. Khi lượng bùn lơ lửng tăng, tốc độ hình thành lớp cặn trên bề mặt màng cũng tăng theo. Điều này làm áp suất cần thiết để duy trì dòng nước qua màng ngày càng lớn hơn.

Nguyên nhân làm gia tăng mức độ bẩn màng

Nghiên cứu cho thấy tốc độ bẩn màng tăng chủ yếu do lớp bùn hoạt tính và các cấu tử ô nhiễm bám trên bề mặt màng. Khi hệ thống xử lý nước thải có độ mặn, các muối hòa tan còn có khả năng kết tinh, góp phần làm mức độ bẩn màng trở nên nghiêm trọng hơn.

Trong điều kiện vận hành với thông lượng không đổi, lượng bùn tích tụ ngày càng nhiều trên bề mặt màng. Các lỗ màng dần bị che lấp nên thông lượng đầu ra giảm. Để duy trì khả năng lọc, bơm phải tạo áp lực lớn hơn, khiến TMP tiếp tục tăng theo thời gian. Đây là diễn biến được ghi nhận xuyên suốt quá trình nghiên cứu.

Thời điểm cần thực hiện vệ sinh màng

Kết quả theo dõi cho thấy TMP có thời điểm tăng lên khoảng 45 kPa. Theo khuyến cáo được nêu trong nghiên cứu, khi TMP đạt khoảng 40–60 kPa cần tiến hành vệ sinh màng để khôi phục khả năng làm việc của hệ thống.

Trong quá trình thử nghiệm, màng được rửa bằng nước sạch rồi ngâm trong dung dịch NaClO trong một giờ. Sau khi vệ sinh, TMP giảm từ khoảng 45 kPa xuống còn khoảng 12–18 kPa. Kết quả này cho thấy quá trình làm sạch giúp cải thiện đáng kể khả năng lọc và duy trì thông lượng của màng.

Mối liên hệ giữa sinh khối bùn và quá trình bẩn màng

Kết quả nghiên cứu cho thấy sự phát triển của sinh khối và diễn biến bẩn màng có mối quan hệ chặt chẽ trong quá trình vận hành hệ thống Anoxic – MBR. Khi MLSS tăng, lượng bùn lơ lửng trong bể cũng tăng theo. Điều này tạo điều kiện cho nhiều vật chất bám lên bề mặt màng, làm TMP tăng theo thời gian.

Mặc dù vậy, sinh khối bùn vẫn duy trì khả năng thích nghi tốt với môi trường nước thải nhiễm mặn. Đồng thời, việc vệ sinh màng định kỳ giúp hệ thống phục hồi khả năng lọc và tiếp tục vận hành ổn định trong giai đoạn nghiên cứu.

Xem thêm tài liệu tại đây:

Kết luận

Nghiên cứu đánh giá thích nghi sinh khối bùn và quá trình bẩn màng trong hệ Anoxic – MBR ứng dụng trong xử lý nước thải nhiễm mặn cho thấy mô hình Anoxic – MBR vận hành ổn định trong điều kiện nước thải mô phỏng có độ mặn. Sinh khối bùn phát triển tốt, với MLSS tăng từ 1.032 mg/L lên 5.538 mg/L sau 169 ngày. Chỉ số SVI trung bình đạt 118 mL/g, phản ánh khả năng lắng tốt của bùn hoạt tính. Đối với màng lọc, TMP tăng dần và đạt khoảng 45 kPa sau gần 50 ngày vận hành. Sau khi vệ sinh bằng nước sạch và ngâm NaClO, TMP giảm còn 12–18 kPa, giúp hệ thống duy trì thông lượng ổn định.

Tài liệu trên nhằm mục đích tham khảo. Không nhằm mục đích quảng bá sản phẩm hay phục vụ kinh doanh. Bạn đang có nhu cầu xử lý nước thải, lọc nước công nghiệp, xử lý nước sinh hoạt. Hãy liên hệ Xử Lý Nước Việt Phát để được tư vấn hỗ trợ miễn phí:

Công ty TNHH Thiết Bị Máy Và Công Nghệ Môi Trường Việt Phát

• Địa chỉ nhà máy: Lễ Khê, Phường Tùng Thiện, TP Hà Nội
• Hotline: 0932 333 299 – 0986 924 889
• Email: xulynuocvietphat@gmail.com
• Kênh: Youtube Xử Lý Nước Việt Phát
• Fanpage: Facebook Xử Lý Nước Việt Phát

Xử Lý Nước Việt Phát – Luôn sẵn sàng tư vấn và phục vụ Quý khách.