Nghiên cứu xử lý nước thải thuộc da bằng mô hình kỵ khí vách ngăn kết hợp màng

Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” DOI: 10.15625/vap.2019.000189 501 NGHIÊN CỨU XỬ LÝ NƢỚC THẢI THUỘC DA BẰNG MÔ HÌNH KỴ KHÍ VÁCH NGĂN KẾT HỢP MÀNG Nguyễn Phương Thảo*, Huỳnh Gia Linh, Lê Thị Hân, Lê Minh Ngọc Hiền, Bùi Xuân Thành Khoa Môi trường và Tài nguyên, Trường Đại học Bách Khoa, Đại học Quốc gia Tp. HCM Email: phuongthao.n96@hcmut.edu.vn TÓM TẮT Nghiên cứu được tiến hành nhằm khảo sát hiệu quả xử lý nước thải thuộc da bằng hệ thống kỵ khí vách ngăn kết hợp màng MBR ở tải trọng 3 kgCOD/m3.ngày. Hiệu quả xử lý COD trung bình của hệ thống đạt được là 89% cho thấy tiềm năng ứng dụng của hệ thống trong xử lý nước thải thuộc da. Kết quả cho thấy, Rc là nguyên nhân chính gây ra bẩn màng và chế độ sục khí 3 phút chạy - 7 phút nghỉ giúp làm chậm đi tốc độ bẩn màng. Từ khóa: Nước thải thuộc da, ABMBR, bẩn màng. 1. GIỚI THIỆU Thuộc da là một ngành công nghiệp phổ biến trên toàn thế giới, được biết đến là một trong những ngành công nghiệp trọng điểm ở các nước Địa Trung Hải (Insel và cộng sự, 2009; Mannucci và cộng sự, 2010). Hiện nay, phương pháp thuộc da crom được sử dụng phổ biến do giá thành thấp và tự động hóa trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên, khoảng 50 - 70% crom được hấp thụ (Saravanbhavan và cộng sự, 2004), còn lại thải ra ngoài gây ô nhiễm nặng tới môi trường. Do đó, đã có nhiều nghiên cứu về phương pháp xử lý loại nước thải này. Cụ thể, phương pháp keo tụ tạo bông được ứng dụng nhằm loại bỏ kim loại và độ màu trong nước thải, phương pháp sinh học nhằm loại bỏ các thành phần có khả năng phân hủy sinh học. Tuy nhiên, nồng độ của các hợp chất phân hủy sinh học kém như kim loại có thể gây ức chế sự tăng trưởng của vi sinh vật trong hệ thống. Bên cạnh đó, các hiện tượng sốc tải, bùn trôi dễ xảy ra khi vận hành hệ thống phân hủy sinh học. Do đó, nghiên cứu này hướng đến sự kết hợp giữa bể kỵ khí vách ngăn (ABR) và công nghệ MBR, giúp giảm lượng lớn chất ô nhiễm đồng thời nâng cao chất lượng nước đầu ra do màng giữ lại gần như hoàn toàn các cặn bẩn. Đây sẽ là nghiên cứu tiền đề nhằm đánh giá hiệu suất xử lý nước thải thuộc da qua hệ thống ABMBR. 2. PHƢƠNG PHÁP 2.1. Mô hình ABMBR Hệ thống ABMBR bao gồm bể ABR làm bằng mica với kích thước L×R×H = 0,65×0,1×0,3 (m) nối tiếp bởi bể màng MBR được làm bằng kính, kích thước L×R×H = 0,45×0,1×0,55 (m). Nước thải từ thùng chứa đầu vào lần lượt đi qua các ngăn của bể ABR và đi qua bể MBR có sục khí gián đoạn dưới đáy bể trước khi được thải ra ngoài (Hình 1). 2.2. Phƣơng pháp phân tích Phương pháp phân tích các chỉ tiêu được tham khảo trong Standard Methods for Examination of Wastewater. Protein và polysaccarit được đo thông qua phương pháp so màu tại các bước sóng lần lượt là 750 và 490 nm. 2.3. Phƣơng pháp xác định trở lực bẩn màng Trở lực gây bẩn màng được xác định theo công thức (1). Các bước đo trở lực được thể hiện ở Hình 2. Rt = Rc + Rm + Ra + Rp (1) Trong đó: Rt: trở lực tổng, m -1 Rm: trở lực bản thân màng; m -1 Rp: trở lực màng do lớp bám bẩn bên ngoài màng; m -1 Kỷ yếu Hội nghị: Nghiên cứu cơ bản trong “Khoa học Trái đất và Môi trường” 502 Rc: trở lực của chất bẩn chui vào lỗ màng, m -1 Ra: trở lực do các chất bẩn màng hấp thụ vào lỗ màng và gây hẹp lỗ màng, m -1 1. Bể chứa nước thải đầu vào; 2. Bể kỵ khí vách ngăn (ABR); 3. Bể phản ứng chứa màng MBR; 4. Bể chứa nước đầu ra; 5. Bơm đầu vào; 6. Tủ điện hệ thống; 7. Đồng hồ đo áp suất; 8. Bơm hút màng; 9. Van đo lưu lượng khí; 10. Máy thổi khí ; .Vị trí lấy mẫu Hình 1. Mô hình hệ thống Anaerobic Baffled Membrane Bioreactor. Rm Rt Rc Rp Trước khi vận hành - Sau khi vận hành - Còn bám cặn trên bề mặt màng - Sau khi rửa sạch lớp cặn trên bề mặt màng (R ) - Rc = Rt - R - Sau khi rửa màng bằng hóa chất (R ) - Rp = R - R Ra - Ra = R - Rm Hình 2. Các bước đo trở lực bẩn màng. 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Hiệu quả xử lý của hệ thốngABMBR Hiệu suất xử lý trung bình các chỉ tiêu COD, TN, TP và SO4 2- của hệ thống lần lượt đạt 89%; 44%; 73% và 67% (Hình 3) do MBR giữ lại sinh khối gần như hoàn toàn và loại bỏ các vi sinh vật sinh trưởng chậm hoặc không hình thành bùn hạt từ các phản ứng sinh học (Yurtsever và cộng sự, 2017). Hiệu suất xử lý TN không cao do bể kỵ khí không xử lý được nitơ và bể màng sử dụng chế độ sục khí gián đoạn, khiến nitơ không thể được chuyển hóa hoàn toàn. 3.2. Ảnh hưởng chế độ sục khí đến tốc độ bẩn màng Ở chế độ sục khí 1 phút chạy - 9 phút nghỉ, áp suất qua màng tăng cao chỉ sau 10 ngày và đạt 84 kPa. Đặc biệt, thời điểm này thông lượng qua màng bị giảm đáng kể là dấu hiệu tốt để nhận biết tình trạng bẩn màng. Sau khi tiến hành rửa màng, màng được vận hành trở lại và sau 13 ngày, áp suất qua màng lại tiếp tục tăng cao. Nhìn chung, thời gian để tình trạng bẩn màng xảy ra là rất ngắn, đồng nghĩa với tần suất rửa màng sẽ tăng. Vào ngày 274, màng được vận hành ở chế độ sục khí 3 phút chạy - 7 phút nghỉ và đã thu được kết quả khả quan hơn. Cụ thể, sau 18 ngày vận hành, áp suất qua màng mới đạt 80 kPa (Hình 4). Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2019 503 Hình 3. Hiệu suất xử lý trung bình của các chỉ tiêu. Hình 4. Giá trị TMP trong thời gian vận hành. 3.3. Trở lực bẩn màng Hình 5 cho thấy, thành phần trở lực Rc liên quan đến hình thành lớp bánh bùn trên bề mặt màng chiếm tỷ lệ cao nhất (54%) ứng với trở lực kháng lọc Rc = 44 m -1 . Nồng độ VSS trong bể khá lớn đã làm tăng độ bám dính của vi khuẩn và lớp bánh bùn trên bề mặt màng khiến càng về sau, khả năng nghẹt màng càng lớn và thông lượng màng giảm đi đáng kể. Đối với Rp liên quan đến các chất bẩn đi vào trong màng chiếm tỷ lệ khá cao, gần 37%. Cuối cùng, trở lực của bản thân màng và các thành phần bị hấp phụ vào màng là không đáng kể chiếm tỷ lệ tương ứng là 7% và 2%. Hình 5. Sự phân bố trở lực trên màng 4. KẾT LUẬN Hiệu quả xử lý COD, TN, TP và sulfat của hệ thống ABMBR tương đối ổn định, lần lượt là 89%; 44%; 73% và 67%. Điều này là do hàm lượng cặn trong nước thải thuộc da rất cao mà nồng độ COD trong cặn lại chiếm một phần không nhỏ trong tổng COD, nếu chỉ xử lý bằng bể ABR sẽ không mang lại hiệu quả tốt. Kết quả xác định các thành phần trở lực và sự phân bố trở lực trên màng cho thấy màng bẩn chủ yếu do lớp bùn bám trên bề mặt màng với Rc = 54%. Ngoài ra, thời gian sục khí có ảnh hưởng đáng kể đến tốc độ bẩn màng, ở chế độ sục khí 1 phút chạy và 9 phút nghỉ, tình trạng bẩn màng sẽ diễn ra nhanh hơn khi vận hành ở chế độ sục khí 3 phút chạy và 7 phút nghỉ. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Insel, H. G., Görgün, E., Artan, N., & Orhon, D. (2009). Model based optimization of nitrogen removal in a full scale activated sludge plant. Environmental Engineering Science, 26(3), 471 - 480. [2] Mannucci, A., Munz, G., Mori, G., & Lubello, C. (2010). Anaerobic treatment of vegetable tannery wastewaters: A review. Desalination, 264(1 - 2), 1 - 8. [3] Saravanabhavan, S., Thanikaivelan, P., Rao, J. R., Nair, B. U., & Ramasami, T. (2004). Saravanabhavan, S., Thanikaivelan, P., Rao, J. R., Nair, B. U., & Ramasami, T. (2004). Natural leathers from natural materials: progressing toward a new arena in leather processing. Environmental science & technology, 38(3), 871 - 879. [4] Yurtsever, A., Calimlioglu, B., & Sahinkaya, E. (2017). Impact of SRT on the efficiency and microbial community of sequential anaerobic and aerobic membrane bioreactors for the treatment of textile industry wastewater. Chemical Engineering Journal, 314, 378 - 387. 7% 54% 37% 2% Rm Rc Rp