Được biết các nhà khoa học của CETASD đã rất thành công trong việc nghiên cứu công nghệ xử lý sử dụng phối hợp phương pháp sinh học và màng vi lọc. Vậy hướng nghiên cứu này xuất phát từ đâu, thưa Tiến sĩ?

Tình hình ô nhiễm các nguồn nước như sông, hồ và nước ngầm, do việc thải nguồn nước thải chưa được xử lý ngày càng trầm trọng. Mục tiêu xử lý nước thải đạt các yêu cầu về môi trường đồng thời tái sử dụng nước luôn được chú trọng. Công nghệ xử lý phối hợp phương pháp sinh học và màng vi lọc (Membrane Bioreactor - MBR) là một công nghệ hứa hẹn cho xử lý nước thải từ các khu dân cư, du lịch và nước thải công nghiệp.

Có thể nói trong xử lí nước thải sinh hoạt, cho tới nay công nghệ bùn hoạt tính (activated sludge) vẫn là công nghệ chủ lực trong các hệ xử lí tập trung cũng như phân tán. Đây là công nghệ có tính thân thiện với môi trường vì nó hầu như không sử dụng hoá chất (chỉ sử dụng khâu khử trùng nước sau xử lý trước khi đi vào môi trường), ôxy cần cho phản ứng lấy từ không khí.

Tuy nhiên nó cũng có một số nhược điểm rất khó khắc phục. Chẳng hạn như tốc độ quá trình không lớn nên cần thể tích phản ứng lớn và các đơn vị xử lí hỗ trợ (bể lắng cấp 1, cấp 2, hệ tiền xử lí, hệ xử lí bùn ... ) khá cồng kềnh khiến diện tích mặt bằng cho công trình xử lí lớn. Mặt khác, mật độ bùn hoạt tính thông thường

chỉ 2-3 kg/m3. Trong khi đó, hiệu quả xử lí của công nghệ phụ thuộc vào vận hành (tỷ lệ BOD:N:P trong nước thải đầu vào, tải đầu vào, tỷ lệ quay vòng bùn, hiệu quả sục khí …).

Một vấn đề nữa là, bể lắng cấp 2 (dùng để tách cơ bản nước và bùn hoạt tính) rất hay gặp vấn đề khó lắng bùn, ảnh hưởng đến chất lượng nước ra, ví dụ theo thống kê tại Nhật Bản năm 1996 trong 785 nhà máy xử lí nước thải có gần 80% gặp vấn đề bùn nổi đối với bể lắng cấp hai do vi khuẩn dạng sợi phát triển

mạnh. Ngoài ra, lượng bùn thải sinh ra quá lớn kéo theo chi phí bể chứa và xử lí. Tổng lượng bùn thải bao gồm bùn lắng cấp 1 và bùn dư ở lắng cấp 2 (khoảng 85% tổng thể tích bùn toàn hệ) chiếm khoảng 3-4% tổng lưu lượng nước thải với hàm lượng rắn trong bùn nén trung bình là 4-5% (bùn lắng cấp 1: 3-8% chất rắn, 70% hữu cơ; bùn lắng cấp 2: 0,5-2% chất rắn trong đó 90% là hữu cơ; lắng cấp 2 của hệ lọc nhỏ giọt: 2-5% chất rắn). Rồi, ngoài yêu cầu mặt bằng lớn, khả năng gây ô nhiễm thứ cấp do mùi, bọt, aerosol là khó tránh hoặc muốn tránh thì đòi hỏi đầu tư cao.

Công nghệ MBR ở mức độ khác nhau đã khắc phục được các nhược điểm nói trên mà vẫn phát huy ưu điểm chính của công nghệ bùn hoạt tính.

Giaûi phaùp öu vieät caûi thieän chaát löôïng vaø taùi söû duïng nöôùc

ĐỨC PHƯỜNG (thực hiện)

VNU 20 naêm Con ngöôøi vaø Thaønh töïu

TS. Lê Văn Chiều

94 Bản tin Đại học Quốc gia Hà Nội

KỈ NIỆM 20 NĂM CHÍNH PHỦ BAN HÀNH NGHỊ ĐỊNH VỀ ĐHQGHN (1993 - 2013)

Hiện có rất nhiều phương pháp xử lý nước thải vậy điểm khác biệt của công nghệ MRB là gì thưa Tiến sĩ?

Điểm khác biệt căn bản của MBR so với quá trình xử lý bằng phương pháp bùn hoạt tính thông thường là: tách bùn hoạt tính ra khỏi nước thải sau giai đoạn xử lý sinh học bằng các màng vi lọc thay cho giai đoạn phức tạp bao gồm quá trình lắng thứ cấp, lọc cát và khử trùng. Màng vi lọc được ngâm trực tiếp vào trong bể phản ứng hiếu khí. Màng lọc thường có kích thước lỗ nhỏ khoảng 0,4 – 0,1 micrômét được chế tạo dạng tấm phẳng hoặc dạng sợi rỗng bằng các vật liệu polyme như Polypropylene (Zena, CH Séc), Polyvinylidene Fluoride - PVDF (Mỹ, Nhật Bản, Hàn Quốc, Trung Quốc,...). Vì vậy về nguyên tắc có thể lọc được phần lớn vi khuẩn và các kết tủa có kích thước lớn hơn kích thước nới trên. Điều này cho phép bỏ qua hệ xử lí cấp 3 mà nước ra luôn đạt các tiêu chuẩn khắt khe loại A thuộc Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải sinh hoạt (QCVN 14:2008/BTNMT) và đạt tất cả các tiêu chuẩn thải khác và hơn nữa có thể tái sử dụng. Hệ MBR cho phép làm việc với mật độ bùn lên tới 10 – 15 kg/m3.

Xin Tiến sĩ cho biết tầm quan trọng của công nghệ MBR?

Trong xử lý nước thải, nhất là nước thải sinh hoạt và nước thải các ngành chế biến thực phẩm ở Việt Nam (công nghệ vi sinh chiếm đến 80%) đã được áp dụng từ lâu và rất có hiệu quả nhưng cần nhiều mặt bằng. Mục tiêu của các nhà nghiên cứu công nghệ là phải đưa ra các giải pháp nhằm khắc phục các nhược điểm của hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ bùn hoạt tính truyền thống (Conventional Actiavated Sludge – CAS) cũng như công nghệ đã cải tiến. Công nghệ MBR về nguyên tắc là khắc phục được ở mức độ khác nhau các nhược điểm của BHT nói trên (mặt bằng, độ ổn định của chất lượng nước ra và lượng bùn thải nhiều).

Công nghệ MBR là công nghệ xử lí nước thải sinh hoạt tiên tiến

nhất hiện nay (năng suất xử lý (m3 nước thải hoặc kg cơ chất) tính trên 1 m3 bồn phản ứng, 1 đơn vị thời gian (ngày) là cao nhất, đồng thời chất lượng nước ra, đặc biệt về khía cạnh sinh học là tốt nhất). Đây là công nghệ sinh học thuần tuý (hầu như không dùng hoá chất, chỉ dùng 1 lượng nhỏ để rửa và bảo trì màng lọc định kì, tăng cường xử lý P nếu cần). Về bản chất đây là công nghệ bùn hoạt tính nhưng hệ phản ứng hiếu khí của MBR làm việc ở mật độ vi khuẩn hoạt động (X) rất cao (X = 10 - 15 kg/m3) so với bùn hoạt tính truyền thống (X ~ 2-3 kg/m3). Chính vì mật độ vi sinh cao như vậy nên năng suất xử lý của MBR cao hơn CAS từ 4 đến 5 lần, suy ra bồn phản ứng hay diện tích chiếm chỗ giảm 4 - 5 lần. Hơn nữa, để lưu giữ mật độ X cao, hệ sử dụng hệ lọc màng MF (kích thước lỗ ~ 0,1 micrômét) được lắp đặt ngay trong bể hiếu khí - loại trừ yêu cầu bể lắng cấp 2, vì vậy nước ra có chất lượng nước cao nhất so với các phương án công nghệ sinh học khác, đồng thời do không có bể lắng cấp 2 nên thiết kế rất gọn và chiếm ít diện tích nhất, dễ dàng được ghép vào những vị trí hạn chế về diện tích (điều này đặc biệt rất quan trọng đối với các đô thị như Hà Nội).

Trong thời gian gần đây, ô nhiễm nguồn nước và tình trạng khan hiếm nước sinh hoạt đang trở thành nguy cơ hàng đầu đối với cuộc sống của chúng ta, đặc biệt là ở những thành phố lớn như Hà Nội. Ý thức được điều đó, các nhà khoa học của Trung tâm Nghiên cứu công nghệ môi trường và Phát triển bền vững - CETASD, Trường ĐHKHTN, ĐHQGHN đã bắt tay vào nghiên cứu tìm kiếm các công nghệ xử lý nước tiên tiến, ít tốn kém và mang lại hiệu quả cao. Bản tin ĐHQGHN đã có cuộc phỏng vấn TS. Lê Văn Chiều về vấn đề này.

KỈ NIỆM 20 NĂM CHÍNH PHỦ BAN HÀNH NGHỊ ĐỊNH VỀ ĐHQGHN (1993 - 2013)

95 Số 272 + 273 - 2013

Nước thải công nghiệp thì khó xử lý hơn, trong đó có những loại rất khó như nước rò rỉ từ các bãi chôn lấp rác thì công nghệ màng được áp dụng nhằm đạt tiêu chuẩn thải. Công nghệ màng ngoài MBR kiểu lọc ngập nước còn có thể sử dụng siêu lọc (UF) hay vi lọc (MF) sau xử lí bình thường kiểu BHT. Hiện nay có xu thế áp dụng công nghệ MBR cho các nước thải công nghiệp khó xử lí, đặc biệt là khi có nhu cầu tái sử dụng nước.

Công nghệ này có những ưu điểm gì?

Công nghệ MBR có tiềm năng ứng dụng rất lớn với những ưu điểm như không cần phải sử dụng bể lắng và công đoạn lọc, có khả năng loại vi khuẩn (E.Coli và các vi khuẩn khác), do đó không cần công đoạn khử trùng; không cần phải sử dụng các biện pháp ngăn ngừa bùn nổi do thành phần đầu vào biến động mạnh; không cần phải kiểm soát tỉ số F/M (cơ chất/sinh khối); giảm thể tích bể phản ứng sinh học nhỏ do hệ hoạt động với bùn hoạt tính ở nồng độ cao (lên tới 10 - 12 kg/m3) hơn so với 2 - 3 kg/m3 trong hệ thông thường; mức độ phát sinh bùn hoạt tính của MBR ít hơn nhiều so với một hệ BHT thông thường do hệ làm việc với thời gian lưu bùn dài hơn; áp dụng được cho quá trình nitrat hóa và khử nitrat hóa; cho phép loại bỏ các thành

phần COD khó phân huỷ do thời gian lưu bùn cao; hệ thống xử lý gọn gàng, chiếm ít diện tích nên rất thích hợp cho việc cải tạo, nâng cấp và xây mới hệ xử lý quy mô phân tán và tập trung; năng suất xử lý các thành phần ô nhiễm cao hơn gấp 4 - 5 lần so với hệ bùn hoạt tính thông thường và nó cho phép làm việc với nước thải có mức độ ô nhiễm cao hơn và thành phần đầu vào biến động; nước sau xử lý được phép thải vào các nguồn nước sử dụng cho mục đích nước cấp nước sinh hoạt; có thể tái sử dụng chúng cho tưới tiêu, hoặc nhà vệ sinh. Bùn hoạt tính được lưu trong hệ MBR hàng tháng (trong hệ CAS chỉ tính bằng 5 - 15 ngày), vì vậy lượng bùn thải (sinh khối dư) thường chỉ bằng 1/3 - 1/5 so với phương án CAS.

Trong quá trình nghiên cứu, các nhà khoa học gặp những thuận lợi và khó khăn gì?

Điểm yếu nhất trong công nghệ MBR là giá thành đầu tư cho các modul màng và tuổi thọ của màng. Hiện nay giá thành màng đã giảm mạnh tới mức có thể so sánh với các công nghệ BHT, đặc biệt là màng xuất xứ Đông Âu và Trung Quốc. Giá màng MF thương mại đến nay đã giảm từ 2 - 5 lần so với cách đây 10 năm trước. Thông thường tuổi thọ của màng từ 3 - 5 năm phải thay mới. Tuy nhiên những lợi ích từ chất lượng

nước, giảm diện tích mặt bằng, chi phí xử lý bùn giảm, tái sử dụng nước sau xử lý có thể bù đắp được những chi phí này.

Xin Tiến sĩ cho biết kết quả ứng dụng vào thực tiễn của hướng nghiên cứu này như thế nào?

Chúng tôi đã triển khai các công trình nghiên cứu áp dụng trên thực tế và đạt được các kết quả rất khả quan. Chẳng hạn như đề tài: Nghiên cứu tiền khả thi nhằm đánh giá khả năng ứng dụng công nghệ MBR cho xử lý nước thải đô thị quy mô phân tán do European Commission Asia Pro Eco Program tài trợ. Hệ thống xử lý nước thải sử dụng màng sinh học (Membrane Bioreactor - MBR) quy mô pilot đã được thử nghiệm tại Nhà máy sản suất ống dẫn nước composit (VIGLAFICO) Láng Hòa Lạc nhằm nghiên cứu khả năng xử lý COD, nitơ trong nước thải sinh hoạt và khả năng tách vi sinh (bùn hoạt tính và vi sinh gây bệnh có trong nước thải) ra khỏi bùn sau xử lý.

Cùng với đó, chúng tôi cũng đã triển khai thành công đề tài “thử nghiệm xử lý nước hồ Kim Liên bằng phương pháp cơ sinh hóa học” thuộc Chương trình thử nghiệm xử lý ô nhiễm nước sông, mương, hồ trên địa bàn Thành phố Hà Nội nhân Kỉ niệm 1.000 năm Thăng Long-Hà Nội do Sở Tài nguyên và Môi trường Thành phố Hà Nội tài trợ. Nước sau xử lý đảm bảo đạt các tiêu chuẩn QCVN 08:2008. Hiệu quả xử lý COD đạt 95 - 98%, hiệu quả xử lý N tổng đạt 93%, độ đục trung bình trong nước đạt dưới 4 NTU và Coliform < 5 MPN/100ml. Kết quả thu được đã mở ra những hứa hẹn trong xử lý nước thải sinh hoạt có tái sử dụng nước sau xử lý ở Việt Nam tại thời điểm hiện tại cũng như trong tương lai gần.

Xin Tiến sĩ cho biết, từ nền tảng này thì nhóm nghiên cứu của ông có định hướng phát triển gì trong tương lai?

Với những thế mạnh của công nghệ MBR, nhóm nghiên cứu tiếp tục nghiên cứu tối ưu với sự kết hợp với các kỹ thuật hóa - lý nhằm áp dụng cho xử lý và thu hồi tài nguyên từ một số loại nước thải khó xử lý có mức độ ô nhiễm cao như nước thải chăn nuôi, chế biến thủy sản, nước rỉ rác, nước thải sản xuất bột giấy, y tế,....

Xin cảm ơn Tiến sĩ!

VNU 20 naêm Con ngöôøi vaø Thaønh töïu

96 Bản tin Đại học Quốc gia Hà Nội