Công nghệ Màng Lọc MBR trong Xử Lý Nước Thải: Ưu điểm & Ứng dụng

Ngày nay, vấn đề xử lý nước thải ngày càng trở nên cấp thiết do sự gia tăng dân số, đô thị hóa và phát triển công nghiệp. Để đáp ứng yêu cầu ngày càng khắt khe về chất lượng nước sau xử lý và bảo vệ môi trường, các công nghệ xử lý nước thải tiên tiến không ngừng được nghiên cứu và ứng dụng. Trong đó, công nghệ MBR (Membrane Bio-Reactor) nổi lên như một giải pháp đột phá, kết hợp hiệu quả giữa quá trình sinh học và công nghệ màng lọc hiện đại.

• MBR là viết tắt của gì? MBR là viết tắt của cụm từ tiếng Anh Membrane Bio-Reactor, nghĩa là bể phản ứng sinh học bằng màng.
• Đây là sự kết hợp tinh túy giữa quá trình xử lý sinh học bằng bể bùn hoạt tính và công nghệ màng lọc để tách pha rắn/lỏng.
• Công nghệ MBR được công nhận là một trong những công nghệ xử lý nước thải tiên tiến và hiệu quả nhất hiện nay, mang lại chất lượng nước đầu ra vượt trội.
• Với những ưu điểm vượt trội, MBR đang được sử dụng rộng rãi cho việc xử lý nước thải đô thị, nước thải sinh hoạt, nước thải y tế,  nước thải công nghiệp.

Nguyên lý Hoạt động của Màng lọc MBR

Nguyên lý cốt lõi của công nghệ MBR là sự tích hợp của hai quá trình cơ bản:

1. Xử lý sinh học: Tương tự như bể bùn hoạt tính truyền thống (ví dụ như bể Aerotank), nước thải được đưa vào bể phản ứng sinh học. Tại đây, quần thể vi sinh vật hiếu khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ ô nhiễm có trong nước thải, chuyển hóa chúng thành CO2, nước và sinh khối mới.
2. Lọc màng: Thay vì sử dụng bể lắng thứ cấp (bể lắng 2) để tách bùn và nước như phương pháp truyền thống, công nghệ MBR sử dụng các module màng lọc. Màng lọc MBR, với kích thước lỗ màng (µm) siêu nhỏ (thường từ 0.01 đến 0.2 µm), có khả năng giữ lại toàn bộ bùn hoạt tính, các chất rắn lơ lửng, vi sinh vật, vi khuẩn, thậm chí cả một số virus.

Nước sạch sau đó sẽ thấm qua các lỗ siêu nhỏ trên bề mặt màng, đi vào bên trong các sợi màng rỗng (ống mao dẫn) và được một hệ thống bơm hút thu gom ra bể chứa nước sạch hoặc công đoạn xử lý tiếp theo. Bùn hoạt tính và các tạp chất bị giữ lại trên bề mặt màng, tạo thành một lớp bánh lọc giúp tăng cường hiệu quả lọc.

Hệ thống MBR hoạt động theo chu kỳ hút và nghỉ (hoặc rửa ngược (backwash)). Thông thường, bơm hút sẽ hoạt động trong khoảng 8-12 phút, sau đó ngừng hoặc chuyển sang chế độ rửa ngược bằng nước sạch hoặc khí trong khoảng 30 giây đến 2 phút để loại bỏ lớp cặn bám trên bề mặt màng, duy trì hiệu suất lọc. Khi áp suất hút vượt quá mức cài đặt cho phép (dấu hiệu màng bị nghẹt cục bộ), hệ thống sẽ tự động kích hoạt quy trình rửa ngược hoặc ngâm rửa hóa chất.

Về cơ bản, màng lọc MBR đã thay thế hoàn toàn vai trò của bể lắng thứ cấp trong quy trình xử lý nước thải truyền thống, đồng thời cho phép vận hành ở nồng độ bùn (MLSS) cao hơn nhiều.

Ưu điểm Nổi bật của Công nghệ Màng lọc MBR

Công nghệ MBR sở hữu nhiều ưu điểm vượt trội so với các phương pháp xử lý nước thải truyền thống, đặc biệt là hệ thống bùn hoạt tính cổ điển (CAS).

• Chất lượng nước sau xử lý cao và ổn định:
  • Loại bỏ triệt để các chất ô nhiễm: Với kích thước lỗ màng cực nhỏ (ví dụ 0.03 µm, hoặc trong khoảng 0.01-0.2 µm), màng MBR loại bỏ hiệu quả hạt lơ lửng, hạt keo, hầu hết vi khuẩn, virus và các phân tử hữu cơ lớn.
  • Nước sau xử lý từ màng lọc MBR có chất lượng rất tốt, trong và sạch, đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải khắt khe nhất.
  • Loại bỏ hoàn toàn các vi khuẩn gây bệnh như Coliform, E.Coli mà không cần đến công đoạn khử trùng bổ sung bằng hóa chất (trong nhiều trường hợp).
  • Hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS) trong nước đầu ra rất thấp, thường < 0.5mg/l hoặc < 5mg/l.
  • Chỉ số BOD5 và COD sau xử lý đạt mức rất thấp.
  • Hiệu suất khử Nitơ và Ammonia cao (có thể lên đến 90-95%) khi kết hợp với các vùng thiếu khí/kỵ khí phù hợp.
  • Độ đục của nước sau xử lý cực thấp (<0.2 NTU), thích hợp cho các quy trình tái sử dụng nước.
  • Do đó, hệ thống MBR thường không cần xây dựng bể lắng thứ cấp và có thể lược bỏ hoặc giảm thiểu quy mô bể khử trùng.
• Tiết kiệm diện tích xây dựng:
  • Loại bỏ hoàn toàn bể lắng thứ cấp (bể lắng 2).
  • Có thể lược bỏ hoặc giảm đáng kể kích thước bể khử trùng do khả năng loại bỏ vi sinh vật của màng.
  • Cho phép vận hành ở nồng độ bùn (MLSS) cao hơn nhiều giúp giảm đáng kể thể tích bể sinh học.
  • Tổng thể, công nghệ MBR giúp giảm diện tích đất cần thiết cho hệ thống xử lý nước thải từ 30-50% so với công nghệ truyền thống, rất phù hợp cho các khu vực có diện tích hạn chế như bệnh viện, khách sạn, tòa nhà cao ốc, hoặc các dự án cải tạo, nâng cấp hệ thống hiện hữu.
• Hiệu suất xử lý cao:
  • Hệ thống MBR có thể vận hành ổn định ở nồng độ bùn (MLSS) rất cao, thường từ 5.000 – 12.000 mg/l, thậm chí có thể lên đến 15.000 mg/l. Con số này cao hơn nhiều so với nồng độ bùn trong bể bùn hoạt tính truyền thống (CAS) chỉ khoảng 2.000 – 3.500 mg/l.
  • Nồng độ vi sinh cao giúp tăng hiệu suất xử lý sinh học lên 20-30%, xử lý hiệu quả các chất ô nhiễm khó phân hủy.
  • Thời gian lưu nước (HRT) trong bể sinh học ngắn hơn đáng kể (thường từ 2.5-5 giờ) so với CAS (thường >6 giờ), giúp tăng công suất xử lý trên cùng một thể tích bể.
  • Khả năng chịu tải trọng BOD đầu vào cao.
• Tiết kiệm chi phí vận hành và bảo trì:
  • Hệ thống vận hành tương đối dễ dàng và có thể được vận hành tự động hóa cao, giảm thiểu sự can thiệp của con người.
  • Không cần thực hiện đo chỉ số thể tích bùn lắng (SVI) hàng ngày như trong hệ thống CAS.
  • Ít tốn nhân công vận hành do mức độ tự động hóa và tính ổn định của hệ thống.
  • Khối lượng bùn dư sinh ra ít hơn so với CAS (giảm khoảng 30-50%) do thời gian lưu bùn (SRT) dài hơn, cho phép vi sinh vật tự phân hủy nhiều hơn. Điều này giúp giảm chi phí xử lý và thải bỏ bùn.
  • Dễ dàng nâng cấp công suất bằng cách lắp đặt thêm các module màng mà không cần thay đổi lớn về kết cấu hạ tầng.
• Khả năng tái sử dụng nước:
  • Chất lượng nước sau xử lý từ MBR rất cao, có thể đáp ứng các tiêu chuẩn cho việc tái sử dụng nước cho các mục đích như tưới cây, rửa đường, làm mát trong hệ thống giải nhiệt, cấp nước cho bồn cầu, thậm chí là tiền xử lý cho các hệ thống lọc nước tinh khiết hơn như RO.
• Tính linh hoạt và độ bền:
  • Thiết kế dạng module cho phép lắp đặt linh hoạt, phù hợp với nhiều quy mô công trình từ nhỏ đến lớn.
  • Vật liệu chế tạo màng thường là các polymer siêu bền như PVDF (Polyvinylidene Fluoride), PES (Polyethersulfone), PE (Polyethylene), hoặc Polyester. Một số loại màng được phủ lớp polymer thấm nước nhóm hydroxyl hoặc các lớp phủ đặc biệt (ví dụ Epoxy) để tăng cường khả năng chống bám bẩn và kéo dài tuổi thọ màng. Sợi màng thường được gia cố để tăng độ bền cơ học.

So sánh Công nghệ MBR và Công nghệ Bùn Hoạt tính Truyền thống (CAS)

Ứng dụng Rộng rãi của Công nghệ MBR trong Xử Lý Nước Thải

Nhờ những ưu điểm vượt trội, công nghệ MBR được ứng dụng hiệu quả trong nhiều lĩnh vực xử lý nước thải:

• Xử lý nước thải sinh hoạt và đô thị:
  • Các tòa nhà văn phòng, chung cư cao tầng, khu dân cư tập trung.
  • Nhà hàng, khách sạn, khu nghỉ dưỡng (resort).
  • Các trạm xử lý nước thải tập trung của thành phố, thị trấn, đặc biệt khi yêu cầu chất lượng nước đầu ra cao hoặc diện tích đất hạn chế.
• Xử lý nước thải công nghiệp:
  • Ngành chế biến thực phẩm và đồ uống.
  • Ngành dệt may – nhuộm, in ấn.
  • Ngành hóa chất, dược phẩm.
  • Ngành sản xuất giấy, bột giấy.
  • Ngành thuộc da, cao su.
  • Ngành chăn nuôi, giết mổ gia súc, gia cầm.
  • Ngành nuôi trồng và chế biến thủy sản.
  • Các khu công nghiệp tập trung.
• Xử lý nước thải y tế:
  • Bệnh viện, phòng khám, trung tâm y tế (yêu cầu cao về loại bỏ vi sinh vật gây bệnh).
• Xử lý nước rỉ rác:
  • Từ các bãi chôn lấp chất thải rắn, có nồng độ ô nhiễm rất cao và phức tạp.
• Tái sử dụng nước thải:
  • Cho các mục đích tưới tiêu nông nghiệp, cảnh quan.
  • Làm mát, giải nhiệt trong công nghiệp.
  • Rửa đường, vệ sinh công nghiệp.
  • Tiền xử lý cho các hệ thống lọc nước cấp (ví dụ như lọc RO).

Công nghệ MBR đặc biệt phù hợp cho các loại nước thải khó xử lý, yêu cầu chất lượng nước đầu ra cao, hoặc các dự án có không gian xây dựng hạn chế.

Công nghệ màng lọc MBR đã và đang chứng minh là một giải pháp xử lý nước thải vượt trội, giải quyết hiệu quả các thách thức về chất lượng nước, diện tích xây dựng và chi phí vận hành. Với khả năng tạo ra nước sau xử lý chất lượng cao, ổn định, phù hợp cho tái sử dụng nước, cùng với việc tiết kiệm diện tích và vận hành ngày càng được tối ưu hóa, MBR xứng đáng là lựa chọn hàng đầu cho các dự án xử lý nước thải sinh hoạt, xử lý nước thải công nghiệp, và nhiều ứng dụng khác trong bối cảnh phát triển bền vững hiện nay.

Quý Doanh nghiệp có nhu cầu tư vấn, thiết kế, thi công hoặc cải tạo hệ thống xử lý nước thải, liên hệ với công ty môi trường Hi-Tech ngay hôm nay. Đội ngũ của chúng tôi sẵn sàng lắng nghe yêu cầu và đề xuất giải pháp xử lý nước thải tối ưu nhất, phù hợp với đặc thù và ngân sách của quý vị.

HI-TECH – Giải pháp môi trường bền vững cho doanh nghiệp