Hotline : 056 3750 075        Email : info@vina-pack.com.vn
SẢN PHẨM TIÊU BIỂU
Hạt nhựaNPL ngành mayNPL ngành mayNPL ngành mayBao bì giấyThùng cartonThùng cartonBao bì giấyThùng cartonBao bì giấyBao bì PlasticBao bì PlasticHạt nhựaThùng carton
HỖ TRỢ TRỰC TUYẾN
HOTLINE : 0913 92 66 33
Tư vấn viên 1
Tư vấn viên 2
Lượt truy cập
14451000327
Công nghệ màng vi sinh dính bám trên giá thể tự do (moving bed Biofilm Reactor - MBBR) và tiềm năng ứng dụng trong xử lý nước thải ngành sản xuất giấy và bột giấy

Công nghệ MBBR là viết tắt của cụm từ Moving Bed Biofilm Reactor đã được ứng dụng trong xử lý sinh học hiếu khí của đa số các ngành sản xuất công nghiệp. Với những điểm ưu thế và linh hoạt của công nghệ MBBR, xu hướng ứng dụng trong xử lý nước thải ngành giấy là cần thiết . Với mục tiêu, nâng cao hiệu quả xử lý hiếu khí nước thải các nhà máy sản xuất giấy bao bì, giấy và bột giấy (gọi chung là ngành sản xuất giấy và bột giấy) đáp ứng các yêu cầu về bảo vệ môi trường, bài viết này muốn tổng quan các tài liệu giới thiệu công nghệ MBBR đã được ứng dụng xử lý nước thải của một số ngành và tiềm năng ứng dụng đối với ngành sản xuất giấy và bột giấy trong tương lai gần (3 - 5 năm tới). Kết quả tổng quan đã cho thấy bể phản ứng công nghệ MBBR cần thiết được bổ sung trong bước xử lý sinh học hiếu khí để nâng cao chất lượng nước thải đạt tiêu chuẩn cột A, QCVN 12:2015/BTNMT.

bi_cng_ngh_mng_vi_sinh

1. GIỚI THIỆU CHUNG

Công nghệ MBBR là viết tắt của cụm từ Moving Bed Biofilm Reactor - Là công nghệ bùn hoạt tính áp dụng kĩ thuật vi sinh dính bám trên lớp giá thể sinh học tự do (Piculell, 2016). Công nghệ này có ưu thế của cả quá trình bùn hoạt tính và màng sinh học khi sử dụng đệm nổi chuyển động tự do để đạt được diện tích bề mặt màng sinh học mong muốn (Chu và Wang, 2011; Leyva-Díaz và ctv, 2013). So sánh với công nghệ bùn hoạt tính và đệm cố định, MBBR có ưu điểm với thiết bị bể phản ứng gọn hơn, không bị tắc nghẽn màng, không cần quá trình rửa ngược (Chu và Wang, 2011; Plattes và ctv, 2006). Nồng độ sinh khối trong MBBR dễ dàng tăng lên bởi sự hỗ trợ của vật liệu làm giá thể sinh học (Bassin và ctv, 2011; Shore và ctv, 2012). Hệ thống này có thể chịu được nồng độ sinh khối cao, thời gian lắng nhanh hơn. Hơn nữa, MBBR có khả năng phục hồi nhanh trong các điều kiện bị sốc tải hoặc độc tố (Shore và ctv, 2012; Javid và ctv, 2013). Quá trình tróc màng luôn xảy ra trong quá trình MBBR, được coi liên tục có quá trình tự làm mới. (Dupla và ctv, 2006).

Điểm ưu thế của công nghệ MBBR là không cần quá trình tuần hoàn bùn tạo, có khả năng hoạt động tốt trong điều kiện lưu lượng, tải lượng ô nhiễm cao; diện tích trạm xử lý nhỏ hơn so với các công nghệ truyền thống khác; Hiệu suất xử lý cao (BOD > 90% COD > 80%); Loại bỏ được cả N và P trong nước thải. (Brinkley và ctv, 2007; Ødegaard, 1999); Có khả năng tự động hóa cao; Dễ vận hành, không đòi hỏi kỹ thuật cao; Giảm chi phí bảo trì hệ thống; Có khả năng lắp đặt ở dạng thiết bị hợp khối (dạng thiết bị hay moduls) nên dễ dàng cho công tác lắp đặt cũng như di dời khi cần.

Với mục tiêu, nâng cao hiệu quả xử lý hiếu khí nước thải các nhà máy sản xuất giấy bao bì, giấy và bột giấy (sau đây gọi chung là ngành sản xuất giấy và bột giấy) đáp ứng các yêu cầu về bảo vệ môi trường, bài viết này muốn tổng quan các tài liệu giới thiệu công nghệ MBBR đã được ứng dụng xử lý nước thải của một số ngành và tiềm năng ứng dụng đối với ngành sản xuất giấy và bột giấy trong tương lai gần (3-5 năm tới).

2. CÁC ĐIỀU KIỆN VẬN HÀNH CÔNG NGHỆ MBBR

Công nghệ MBBR được đánh giá bởi màng sinh học, cấu trúc dòng chảy, hệ thống sục khí, kiểu loại và đặc tính của giá thể và sự lấp đầy màng trong trên giá thể.

a) Màng sinh học và các yếu tố ảnh hưởng

Công nghệ MBBR hiếu khí, màng sinh học thuộc loại sinh trưởng dính bám, của vi sinh vật hiếu khí (Brinkley và ctv, 2007). Một màng sinh học màng tổ hợp chất nhày, bao gồm các vi sinh vật và các vật liệu hữu cơ và vô cơ bám trên bề mặt (Takriff và ctv, 2014; Mains, 2008; Stoodley và ctv, 2002), thành phần chủ yếu của màng sinh học là polysaccharides ngoại bào hoặc chất polyme ngoại bào (EPS) bao quanh các tế bào và chiếm gần 90% các polyme bao phủ màng (Costerton, 1999; Baranitharan và ctv, 2015). Màng sinh học được ví như ‘ngôi nhà’ của cộng đồng vi sinh vật, nó chính nơi trú ẩn và bảo vệ vi khuẩn tránh khỏi tác động tiêu cực như chất khử trùng, môi trường thay đổi, thiếu dinh dưỡng, … điều thường xảy ra trong nước thải công nghiệp. Màng sinh học có những đặc tính thích nghi với môi trường bởi sự đa dạng của cộng đồng vi sinh vật, sự gắn kết của các tế bào, EPS, sự trưởng thành và phát triển cấu trúc màng sinh học, … (Stoodley và ctv, 2002); (Harrison và ctv, 2007; Calderón và ctv, 2013).

Nhiệt độ ảnh hưởng đến tỷ lệ hấp thụ chất dinh dưỡng của vi khuẩn để tăng trưởng sinh khối và độ bám dính lên bề mặt của màng sinh học. Ở nhiệt độ 35°C, các tế bào vi khuẩn được nhìn thấy ở mảng đơn trong khi ở 21°C, có sự xuất hiện 2-3 lớp mảng (Garrett và ctv, 2008). Do đó, nhiệt độ thấp làm tăng khả năng vi khuẩn bám vào bề mặt (Bajpai, 2018).

pH ảnh hưởng đến sự phát triển của màng sinh học bởi proton giữ chặt màng và extrude proton tạo ra một gradient điện hóa tại tế bào. Vi sinh vật có khả năng chịu được những thay đổi nhỏ của pH, do polysaccharides phụ thuộc vào loại vi khuẩn, nhưng độ pH tối ưu cho hầu hết các vi khuẩn là pH = 7 (Garrett và ctv, 2008).

Ngoài nhiệt độ và pH, tốc độ dòng chảy ảnh hưởng đến sự hình thành màng sinh học (Percival và ctv, 1999), tốc độ dòng chảy cao ít có khả năng tách màng sinh học khỏi bề mặt vì độ nhớt của màng sinh học giúp chúng chống lại sự tách màng (Bajpai, 2018; Adabju, 2013). Sự tách màng sẽ tạo ra nhiều EPS hơn để ổn định cấu trúc màng sinh học và chịu được lực tác động. Tuy nhiên, việc duy trì độ dày màng sinh học nhất định là rất quan trọng đối với hiệu quả của quá trình xử lý, và độ dày nhỏ hơn 100 μm thường coi là tốt nhất (Adabju, 2013). Nếu không duy trì độ dày màng sinh học sẽ dẫn đến sự lão hóa và tách màng sinh học, như vậy hệ thống xử lý sẽ bị hỏng (Huang và ctv, 2014).

b) Hình dạng dòng chảy của bể phản ứng MBBR

Hai hình dạng dòng chảy thường được sử dụng trong hệ thống màng sinh học là dòng chảy ngược và dòng chảy xuôi (Goode, 2010). Tuy nhiên, phổ biến của bể phản ứng MBBR thường sử dụng dòng chảy ngược cùng với chiều cấp khí của bể. Ông hoặc đĩa khuếch tán khí thường ở đáy bể phản ứng để tạo dòng chảy (Adabju, 2013). Ưu điểm của dòng chảy ngược là chế độ dòng chảy có khả năng nâng vật liệu đệm lơ lửng và vận hành hiệu quả hơn (Hasan và ctv, 2009).

c) Hệ thống cấp khí và phân tán khí

Cấp khí và phân tán khí của bể phản ứng MBBR cần đáp ứng yêu cầu phân phối đồng đều tới các điểm của màng sinh học và đảm bảo chuyển động của giá thể. Hiện nay, để tránh bùn lắng trong bể MBBR hiếu khí, các thiết bị khuếch tán bọt khí cỡ nhỏ được nghiên cứu thiết kế để đạt được yêu cầu trong thời gian ngắn (vài giây) (Rodgers và Zhan, 2003). Hơn nữa, cấp khí và phân tán khí giúp duy trì độ dày màng sinh học và sự tách màng ra khỏi giá thể (Azimi và ctv, 2007; Cresson và ctv, 2006).

3. ĐẶC ĐIỂM VỀ GIÁ THỂ TRONG BỂ PHẢN ỨNG MBBR

Giá thể cần đáp ứng các yêu cầu về tỷ trọng nhẹ hơn nước để lơ lửng; luôn chuyển động và phân tán đều trong bể phản ứng bởi các thiết bị cấp khí và phân tán khí; thể tích giá thể < 50% thể tích bể (Goode, 2010). Tùy thuộc vào từng loại giá thể, khả năng màng bám khác nhau và là yếu tố quan trọng quyết định hiệu quả xử lý nước thải (Zhang và ctv, 2016).

Các yếu tố quan trọng đánh giá giá thể là diện tích bề mặt, hình dạng, kích thước, độ xốp, trọng lượng riêng, độ thấm hút, … Hiện nay, giá thể nhiều dạng như polyethylene, polyvinyl alcohol gels, than hoạt tính dạng hạt, polymer dạng bọt, … và đều được khẳng định là phù hợp với bể phản ứng MBBR. Polyethylene có khả năng loại bỏ khoảng 94,96% đối với COD, 99,07% đối với BOD và 87,32% đối với TOC (Adabju, 2013). Zhang et al. (2016) và Deng et al. (2016) cho thấy polymer bọt biển có khả năng loại bỏ COD (97,52 ± 1,63%) và NH4+- N (95,3 ± 4,6%), và cho rằng polymer bọt biển có độ xốp cao, có khă năng cố định cộng đồng vi sinh vật lớn, do đó có khả năng tạo thành màng sinh học lớn trên giá thể (Goode, 2010; Adabju, 2013).

Một số các nghiên cứu ứng dụng đã lựa chọn các loại đệm lọc, kết quả chỉ ra rằng, đối với mỗi loại đệm lọc, màng sinh học phát triển hầu hết ở bề mặt vật liệu. Màng sinh học hình thành khoảng một đến vài tuần. Start up hệ thống đối với màng sinh học dính bám thành công và thực hiện quá trình xử lý là 220- 24 ngày (Nguyễn Thị Thu Hiền, 2012). Với mức độ lấp đầy màng khoảng 30 - 60%, vật liệu phổ biến là polyethylene hoặc polypropylene (Luigi Falletti, 2013).

Khả năng lấp đầy màng trên giá thể: Hiệu suất xử lý của MBBR tỷ lệ thuận với diện tích màng sinh học, diện tích màng có thể tăng lên bằng cách thêm giá thể. Tỷ lệ lấp đầy màng trong giá thể được định nghĩa tỷ lệ diện tích bề mặt màng dính bám, được tính toán dựa trên việc đo kích thước, độ dày màng (Rodgers và Zhan, 2003). Phần làm dày màng khoảng 30 - 70% tổng thể tích của bể phản ứng (Rodgers và Zhan, 2003). Tuy nhiên, một số nghiên cứu chỉ ra rằng có những hạn chế đối với sự chuyển động của đệm khi mức độ lấp đầy ở mức 70%. Một số kết quả lại chỉ ra rằng ở mức độ lấp đầy 67% cũng không hiệu quả hơn so với lấp đầy ở 30% (Zhang và ctv, 2016).

4. CÁC ỨNG DỤNG VỀ MBBR TRONG NƯỚC THẢI NGÀNH GIẤY

Công ty Inland Empire Paper (IEP), Millwood (Washington, Mỹ) sản xuất giấy in báo sử dụng kết hợp bột giấy cơ học và bột giấy tái chế. Lưu lượng nước thải 473 m3/h, nồng độ BOD5 1000mg/l. IEP phải đáp ứng yêu cầu xả thải nghiêm ngặt của bang Washington. Hệ thống xử lý nước thải gồm có xử lý thô, xử lý bậc 2 và bể sinh học Orbal (Inland Empire Paper Company, 2012). Để cải thiện chất lượng nước thải ra sông, bể MBBR đã được lắp đặt vào sau quá trình xử lý sơ cấp bằng bể sục khí Orbal. Sau khi lắp đặt và vận hành, thời gian lắng của bùn giảm 15 phút còn 6 phút, BOD5 giảm từ 840 mg/l còn 250mg/l (hiệu suất 70,3%).

Nhà máy thứ nhất: Mô hình MBBR được ứng dụng trong xử lý nước thải tại nhà máy sản xuất giấy với công suất nước thải 18.000m3/ng.đ, nồng độ COD trong nước thải 2500 – 3500mg/l. Bể phản ứng MBBR khoảng 2500m3 với khoảng 40% thể tích giá thể (Hình 1). Bể bùn hoạt tính 7500m3, nồng độ bùn 4 -6kg/m3. Mô hình hệ thống này đã xử lý được 90% COD; 99% BOD, các thông số chất lượng nước sau xử lý TSS < 50mg/l; Total N < 4,7mg/l; P < 0,3mg/l. Ở bể MBBR với tổng lượng COD 59.000kg/ngày, đã xử lý được khoảng 51% COD và là bước tiếp theo để xử lý bùn hoạt tính (xử lý khoảng 90% COD) (Luigi Falletti, 2013);

bi_cng_ngh_mng_vi_sinh_s__h1.jpg

Hình 1. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải ứng dụng công nghệ MBBR

Nhà máy thứ 2 (hình 2), nước thải nhà máy giấy 18.000m3/ng.đ, hàm lượng COD 2000 - 2500 mg/l. Nước thải được xử lý theo mô hình công nghệ hình 2. Bể MBBR có thể tích 1900m3 với 20% thể tích giá thể; thể tích bể bùn hoạt tính 10.000m3 với nồng độ bùn 2 -5kg/m3 và ra bể lắng cuối cùng. Mô hình xử lý này đã chuyển hóa được 70% COD; 50% tổng nitơ, 50% Phốt pho; TSS cuối cùng là 30mg/l. Về cơ bản, hệ thống này xử lý hiệu quả khoảng 38.000kg COD/ngày, 02 bể MBBR chuyển hóa khoảng 35 % COD, và hai bể chuyển hóa khoảng 70% COD (Luigi Falletti, 2013).

bi_cng_ngh_mng_vi_sinh_s__h2.jpg

Hình 2. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải ứng dụng công nghệ MBBR

Nhà máy thứ 3 (hình 3) có lượng nước thải khoảng 2800m3/ng.đ, nước thải có hàm lượng COD khoảng 800 – 1300mg/l. Sơ đồ công nghệ hệ thống xử lý được ứng dụng hình 3, với bể điều hòa thể tích 600m3. Bể MBBR khoảng 500m3 với thể tích giá thể khoảng 68%. Nồng độ xử lý cuối cùng TSS 35mg/l; COD < 160mg/l và BOD5 < 40mg/l (Luigi Falletti, 2013).

bi_cng_ngh_mng_vi_sinh_s__h3.jpg

Hình 3. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải ứng dụng công nghệ MBBR

Nhà máy thứ 4 (Hình 4) đối với nhà máy có lưu lượng nước thải khoảng 7200m3/ng.đ với nồng độ COD là 2000 – 3500 mg/l. Sơ đồ hệ thống thiết bị với bể điều hòa khoảng 1000m3, bể MBBR thể tích 1400m3 với khoảng 70% thể tích giá thể, bể bùn hoạt tính khoảng 3000m3, hiệu quả xử lý cuối cùng TSS < 35mg/l, COD < 160mg/l và BOD5 < 40mg/l (Luigi Falletti, 2013).

bi_cng_ngh_mng_vi_sinh_s__h4.jpg

Hình 4. Sơ đồ hệ thống xử lý nước thải ứng dụng công nghệ MBBR

5. THẢO LUẬN

Ở Việt Nam, xu thế ứng dụng xử lý sinh học trong công nghệ xử lý nước thải sản xuất giấy đang được khuyến khích áp dụng. Các biện pháp sinh học cũng đã chứng minh hiệu quả xử lý và không gây thêm sự ô nhiễm, thân thiện với môi trường.

Trước những yêu cầu khắt khe về bảo vệ môi trường, nước thải của ngành sản xuất giấy phải đạt tiêu chuẩn cột A của QCVN 40:2011/BTNMT và QCVN 12:2015/BTNMT trước khi xả thải vào nguồn nước tiếp nhận. Yêu cầu này, đối với các nhà máy giấy mới (có tổng mức đầu tư cao) việc xây dựng các hệ thống xử lý tiên tiến hiện đại để đáp ứng yêu cầu xả thải là hoàn toàn có khả năng. Nhưng đối với các nhà máy đã hoạt động khoảng 5 năm trở về trước, đa số hệ thống xử lý nước thải được thiết kế, vận hành với hiệu quả chưa cao. Để đạt được các tiêu chuẩn thải cột A, các nhà máy thường xây dựng nhiều bể sinh học (xử lý nhiều bậc) ít nhất là 3 bể, có những nhà máy có khoảng 10 bể (nhà máy có diện tích đất lớn). Và như vậy, chi phí vận hành tốn kém. Đối với những nhà máy có diện tích đất hạn chế, hệ thống xử lý nước thải gặp nhiều khó khăn.

Hệ thống xử lý sinh học hiếu khí tại các nhà máy sản xuấy giấy (bao gồm cả bột giấy, liên hiệp giấy và bột giấy, giấy bao bì) chủ yếu sử dụng công nghệ xử lý hiếu khí bằng phương pháp phát triển vi sinh trực tiếp trong bể, bởi công nghệ bùn hoạt tính, hiệu quả xử lý BOD, COD chưa cao. Trong nước số vi sinh vật không sinh bào tử chiếm 85%, trong khi đó bùn vi sinh vật sinh bào tử chiếm ưu thế (75%). Để tăng hiệu quả xử lý sinh học, cần thiết phải có các bước cải tiến công nghệ. Để việc cải tiến công nghệ xử lý có hiệu quả cao hơn, tiết kiệm chi phí là mục tiêu mà các doanh nghiệp thường xem xét khi đầu tư. Với công nghệ MBBR tại các nhà máy sản xuất giấy bao bì có thể lựa chọn và tận dụng bể hiếu khí, không phải cải tạo, đầu tư xây mới hay cài đặt các chế độ hoạt động tốn kém. Hiểu được thực trạng của ngành giấy đang phải đối đầu, tiếp thu công nghệ tiên tiến hiện đại trên thế giới, việc bổ sung giá thể, tạo điều kiện cho vi khuẩn hình thành lớp màng sinh học là giải pháp gia tăng vi khuẩn sinh bào tử trong nước và nâng hiệu quả xử lý nước thải là phương pháp hoàn toàn phù hợp.

Tại Việt Nam, nước thải nhà máy giấy sản xuất giấy, liên hiệp giấy và bột giấy có thông số ô nhiễm COD là 750 - 3500mg/l, BOD là 300 - 1500 mg/l và TSS khoảng 500 - 700 mg/l. Yêu cầu tiêu chuẩn nước thải đạt tiêu chuẩn theo QCVN 12/2015/BTNMT (cột A) với các thông số đặc trưng COD < 100mg/l (cơ sở xây mới COD < 75mg/l); BOD < 30mg/l; TSS < 50mg/l. Với những thông tin về ứng dụng MBBR trong ngành sản xuất giấy cho thấy phù hợp để xử lý nước thải nhà máy giấy có nồng độ ô nhiễm COD cao. MBBR có thể được lắp đặt trước hoặc bể bùn hoạt tính. Tuy nhiên, việc ứng dụng MBBR xử lý nước thải ngành giấy bao bì chưa có nhiều nghiên cứu trên thế giới, bể phản ứng MBBR phù hợp với nồng độ hữu cơ như thế nào, thời gian lưu, chế độ dòng chảy, loại đệm lọc, khả năng lấp đầy đệm lọc, cộng đồng vi sinh vật trên giá thể cần được nghiên cứu. Mặc dù vậy, công nghệ MBBR vẫn đang được coi là có tiềm năng để ứng dụng xử lý nước thải có hàm lượng dinh dưỡng cao với hiệu quả tốt và không gây ô nhiễm môi trường.

6. KẾT LUẬN

Để nâng cao hiệu quả hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất giấy bao bì, giấy và bột giấy đạt được mục tiêu nước thải sau khi xả thải ra môi trường đạt tiêu chuẩn xả thải (cột A, QCVN 12:2015/BTNMT) bể phản ứng công nghệ MBBR cần thiết được bổ sung trong bước xử lý sinh học hiếu khí.

Nguyễn Thị Thu Hiền, Đặng Văn Sơn, Tạ Thanh Tùng, Nguyễn Thị Phương Thanh

http://rippi.com.vn/cong-nghe-mang-vi-sinh-dinh-bam-tren-gia-the-tu-do-moving-bed-biofilm-reactor-mbbr-va-tiem-nang-ung-dung-trong-xu-ly-nuoc-thai-nganh-san-xuat-giay-va-bot-giay-bid281.html

Theo rippi

www.vinapack.com.vn

Công ty cổ phần Vinapack (VNP)

Trụ sở chính: Cụm công nghiệp Phù Cát, thôn Phú Kim, xã Cát Trinh, huyện Phù Cát, tỉnh Bình Định

Tel: 02563 750 075 - Fax: 056 3850 668

VP đại diện: Số 4 Bến Nghé, Phường Tân Thuận Đông, Quận 7, Tp. Hồ Chí Minh

Tel: 08 3872 2835 - Fax: 08 3872 2835

Email: info@vina-pack.com.vn

Website: www.vina-pack.com.vn

Mã số thuế: 4101392939