Đánh giá khả năng xử lý nước thải thuộc da bằng công nghệ MBR kết hợp giá thể di động

Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” DOI: 10.15625/vap.2019.000191 508 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG XỬ LÝ NƢỚC THẢI THUỘC DA BẰNG CÔNG NGHỆ MBR KẾT HỢP GIÁ THỂ DI ĐỘNG Ngô Thị Trà My1,2*, Trương Minh Nhựt1, Lê Thị Hiếu1, Phạm Thị Tốt1, Bùi Xuân Thành 1 1Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, Đại học Quốc gia Việt Nam. 2 Trường Đại học Nagasaki, Nagasaki 852-8521, Nhật Bản. * Email: tramyngo1310@gmail.com TÓM TẮT Ngày nay, các vấn đề ô nhiễm nước thải từ ngành thuộc da đang trở thành mối lo ngại lớn mà chính phủ cũng như nhiều doanh nghiệp đang phải đối mặt. Với hàm lượng cao của các chất ô nhiễm như các chất hữu cơ, muối, sulfua, crom, các kim loại nặng, việc xử lý nước thải này bằng công nghệ sinh học trở nên khó khăn. Nghiên cứu sử dụng công nghệ màng sinh học MBR kết hợp giá thể di động được thực hiện ở quy mô phòng thí nghiệm để đánh giá khả năng xử lý chất hữu cơ và nito của hệ thống. Với thời gian lưu bùn và lưu nước lần lượt là 30 ngày và 2 ngày, tải trọng hữu cơ 1 ± 0.2 kgCOD/m3ngày và thông lượng màng được duy trì ở 3.75 L/m2h, màng sợi rỗng đã được sử dụng để đánh giá hiệu quả của hệ thống. Kết quả của nghiên cứu cho thấy khả năng loại bỏ COD, amonia, TP lần lượt khoảng 82%, 56% và 84%. Hơn nữa, nhờ chuyển động của sponge va chạm lên bề mặt màng đã làm giảm bẩn màng một cách đáng kể. Từ khóa: MBR, giá thể di động, nước thải thuộc da. 1. GIỚI THIỆU Ngành công nghiệp thuộc da là một trong những ngành gây ô nhiễm bởi việc góp phần tạo ra khối lượng lớn chất thải độc hại đặc trưng bởi chất hữu cơ và nồng độ muối cao (sulfua và crom). Với nhu cầu tăng của ngành thuộc da, các công ty thuộc da đang đối mặt với nhiều khó khăn và thách thức. Vì vậy, có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải thuộc da đã được nghiên cứu và ứng dụng, nhưng hầu như các phương pháp này còn gặp phải nhiều nhược điểm. Chẳng hạn, đối với công nghệ oxy hóa điện hóa, do nhu cầu tiêu thụ năng lượng cao của hệ thống và khả năng ăn mòn của nước thải, các điện cực trong hệ thống bị tác động và làm giảm hiệu quả cũng như tuổi thọ của hệ thống. Đối với phương pháp keo tụ-tạo bông, mặc dù mang lại hiệu quả xử lý cao nhưng công nghệ này lại tiêu tốn nhiều chi phí về năng lượng, hóa chất đặc biệt, hệ thống này tạo ra một lượng lớn bùn nguy hạn, làm phát sinh thêm chi phí xử lý và thải bỏ bùn này. Do đó, việc ứng dụng công nghệ màng MBR trong xử lý nước thải thuộc da đang dần được quan tâm. Tuy nhiên, công nghệ này cũng gặp phải một số nhược điểm. Một trong những vấn đề điển hình của việc ứng dụng công nghệ màng vào xử lý nước thải là bẩn màng (Lofrano và cộng sự, 2013). Để khắc phục vấn đề trên, giá thể sponge được thêm vào bể phản ứng sinh học, điều này vừa giúp hạn chế khả năng hình thành lớp bánh bùn bám trên bề mặt và lỗ màng, vừa giúp tăng hiệu quả xử lý Nitơ và Photpho trong hệ thống. Bên cạnh đó, nước thải thuộc da có độ mặn cao gây khó khăn cho quá trình xử lý bằng các phương pháp sinh học truyền thống. Vì vậy, việc kết hợp giữa sử dụng giá thể di động xáo trộn hoàn toàn và màng sinh học được đặt ngập trong bể phản ứng là một hướng nghiên cứu mới đang được quan tâm để xử lý nước thải thuộc da độc hại này. 2.VẬT LIỆU VÀ PHƢƠNG PHÁP 2.1. Nƣớc thải thuộc da Nước thải thuộc da và bùn hoạt tính được lấy từ bể điều hòa của công ty Đặng Tư Ký Tp.HCM. Thành phần và tính chất nước thải được thể hiện trong Bảng 1. Bùn hoạt tính với nồng độ MLSS khoảng 2000 mg/L và được thích nghi trong thời gian khoảng 80 ngày trước khi vận hành. Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 509 Hình 1. Hệ thống MBR quy mô phòng thí nghiệm. Bảng 1. Thành phần, tính chất nước thải thuộc da Thông số Đơn vị Giá trị pH - 7.5-8.5 TDS ppm 12870 Độ kiềm mg/L 2961±570 COD mg/L 3403±1143 TKN mg/L 320±113 NH4 + -N mg/L 235±70 NO2 — N mg/L 0.065±0 019 NO3 — N /L 2.262±0.818 TP-P mg/L 526±1.005 Sulfate mg/L 158±74 Hệ thống MBR kết hợp sử dụng giá thể di động (gọi tắt là SMBR) trong nghiên cứu này sử dụng màng dạng sợi rỗng (Hình 2) và được đặt ngập trong bể phản ứng màng sinh học. Hệ thống bao gồm bể chứa nước đầu và bể phản ứng sinh học màng MBR. Nước thải từ bể chứa được bơm vào bể phản ứng MBR dựa vào tín hiệu từ phao điều khiển. Bể MBR được cấp khí liên tục bởi máy thổi khí nhằm cung cấp oxi cho vi sinh vật sinh trưởng và phát triển. Tại bể MBR này, vi sinh vật sẽ phân hủy các chất hữu cơ dễ phân hủy tạo thành sinh khối. Đồng thời, bơm màng được vận hành theo chu kỳ 8 phút lọc/2 phút nghỉ. Thông lượng dòng thấm được cố định 3.75 L/m2.h, áp suất qua màng TMP được ghi nhận nhờ đồng hồ đo áp suất. Nước sau xử lý được sử dụng để phân tích và đánh giá các chỉ tiêu COD, TKN, amonia, nitrite, nitrate, TP. 2.2. Màng Màng được sử dụng để nghiên cứu là màng vi lọc dạng sợi rỗng (Hình 2) làm từ vật liệu PVDF. Các thông số màng được thể hiện dưới bảng 2. Hình 2. Module màng trong nghiên cứu. Bảng 2. Thông số của màng Thông số Đơn vị Giá trị Loại - Màng sợi rỗng Vật liệu - PVDF Kích thước lỗ µm 0,4 Đường kính mm 2,8 Chiều dài cm 24 Diện tích bề mặt m 2 0,05 Số sợi - 24 2.3. Giá thể sponge Các thông số của giá thể được thể hiện như bảng 3. 2.4. Phƣơng pháp phân tích và xử lý số liệu Phương pháp phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước theo “Standard Methods for the Examination Water and Wastewater 21 st”, APHA, 2005. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Hiệu quả xử lý của hệ thống SMBR Hiệu suất xử lý COD, amonia, TP của hệ thống Sponge MBR lần lượt đạt 82%, 56% và 84%, cho thấy hệ thống có khả năng xử lý được chất ô nhiễm có trong nước thải thuộc da. Tuy nhiên, hiệu quả xử lý amonia giảm đáng kể khi độ mặn nước thải cao (lớn hơn 10g/l). Với nước thải chứa đồng thời phenol, nitrosomonas, nitrobacter và nitrospira, ở độ mặn 2 - 5g/l NaCl, hệ thống không có khả năng xử lý hiệu quả ammonia (Munz và cộng sự, 2008). Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” 510 Hình 3. Giá thể trong nghiên cứu Bảng 3. Thông số của giá thể sponge Thông số Đơn vị Giá trị Vật liệu - Polyurethan Độ rỗng - 98% Kích thước (LxWxH) mm 8×8×8 Diện tích bề mặt m 2 / m 3 00 Phần trăm thể tích bể % 20 3.2. Đánh giá bẩn màng Việc đánh giá khả năng bẩn màng của hệ thống được thể hiện qua đồng hồ áp suất TMP. Mức độ bẩn màng ngày càng tang và được thể hiện bởi giá trị TMP và lưu lượng dòng thấm. Khi TMP đạt ngưỡng -60 kPa, việc rửa màng bằng hóa chất NaOCl được thực hiện. Kết quả nghiên cứu cho thấy tỷ lệ bẩn màng của hệ thống SMBR được quan sát là thấp hơn so với MBR thông thường. Điều này được giải thích là do trong suốt quá trình hoạt động, các giá thể sponge chuyển động liên tục trong bể và tác động lên bề mặt màng giúp giảm thiểu bẩn màng. 4. KẾT LUẬN Nghiên cứu này được thực hiện nhằm đánh giá khả năng xử lý nước thải thuộc da bằng công nghệ màng sinh học kết hợp giá thể di động ở quy mô phòng thí nghiệm. Kết quả đạt được cho thấy ở điều kiện vận hành tại OLR = 1 ± 0.2 kgCOD/m3ngày, SRT là 30 ngày và HRT là 2 ngày, hiệu quả xử lý COD, amonia, TP lần lượt là 82%, 56% và 84%. Bằng việc bổ sung giá thể sponge, hệ thống MBR này cho thấy khả năng xử lý amonia hiệu quả hơn so với hệ thống MBR thông thường. Ngoài ra, sau gần 40 ngày vận hành, màng đạt áp suất -60 kPa, tỷ lệ bẩn màng của SMBR được quan sát là thấp hơn kho so sánh với MBR thông thường. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. APHA, AWWA, WPCF. Standard Methods for the Examination Water and Wastewater, 21st Edition, Washington DC: APHA., 2005. [2]. Lofrano, G., Meriç, S., Zengin, G. E., Orhon, D., (2013). Chemical and biological treatment technologies for leather tannery chemicals and wastewaters: A review, Sci. Total Environ., 461, 265-281. [3]. Munz, G., Gori, R., Cammilli, L., Lubello, C., (2008). Characterization of tannery wastewater and biomass in a membrane bioreactor using respirometric analysis, Bioresour Technol., 99, 8612-8618.