Chương 2: Các nghiên cứu và ứng dụng công nghệ lọc sinh học
Tiếp sau chương 1, công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt phần 1, hôm nay chúng tôi xin giới thiệu đến các bạn các nghiên cứu và ứng dụng công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt.
Ứng dụng công nghệ lọc nhỏ giọt xử lý nước thải chăn nuôi sau Biogas
Năm 2008, Trung tâm Ứng dụng và Chuyển giao Khoa học và Công nghệ Vĩnh Phúc nghiên cứu thành công biện pháp xử lý nước thải chăn nuôi sau Biogas bằng công nghệ bể lọc sinh học nhỏ giọt. Nước thải sau xử lý sạch hơn tiêu chuẩn Việt Nam cho phép, hàm lượng chất rắn lơ lửng giảm còn 113mg/l, hàm lượng COD nguy hại giảm còn 289mg/l. Nước thải sau đó có thể thải thẳng ra môi trường mà không ảnh hưởng đến môi trường và sức khỏe của người dân.
Nước thải chăn nuôi sau Biogas sẽ đưa về bể thu gom có lắp hệ thống máy khuấy để tăng cường tiếp xúc và nâng cao hiệu suất phản ứng . Nước thải sẽ được lưu trong bể từ 60-80 giờ hạn chế mùi và giảm Photpho và Nito. Sau đó, Nước thải đưa sang ngăn lắng bể giữ bùn vi sinh, phần nước trong được bơm lên bể lọc sinh học nhỏ giọt. Nguồn nước sẽ được tuần hoàn qua bể phân hủy hiếu khí để loại bỏ các chất nguy hại. Dẫn qua ao sinh học và thải ra môi trường tự nhiên.
Ưu điểm của công nghệ là tận dụng được lượng bùn vi sinh để bón cho cầy trồng rất hiệu quả và đảm bảo sảm phẩm nông nghiệp sạch. Chi phí đầu từ không cao và phù hợp với hộ gia đình.
Ứng dụng lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp tiền oxy hóa bằng ozone để xử lý ammonia, sắt và carbon hữu cơ hòa tan trong nước sông Sài Gòn
Năm 2017, Nghiên cứu Lê Ngọc Kim Ngân và Nguyễn Phước Dân- trường Đại học Bách khoa, ĐHQG- HCM mô hình Pilot công suất 20m3/ngày đạt tại trạm bơm Hòa Phú được xây dựng và thử nghiệm để đánh giá khả năng lạo bỏ Ammoni, sắt, DOC trong nước sông Sài Gòn bằng công nghệ lọc sinh học nhỏ giọt kết hợp tiền oxy hóa bằng ozone nhằm cải thiện chất lượng nước phục vụ cho thành phố Hồ Chí Minh.
Mô hình bao gồm bể điều chỉnh pH nước thô, bể lọc sinh học nhỏ giọt và bể tiếp xúc ozon. Bể điều chỉnh pH nước thô bằng nhựa có dung tích 500l, pH được điều chỉnh tự động đến giá trị 6.5 bằng dung dịch Na2CO3 3%. Sau đó sẽ bơm lên bể lọc sinh học nhỏ giọt dài 0.5m, rộng 0.5m, cao 2m. Bể lọc sinh học sử dụng giá thể bông lọc sợi tổng hợp polypropylen độ dày 30mm, kích thước 0,5m x 1.8m, độ rỗng 85%. Bể lọc vận hành ở 2 tải trọng thủy lực khác nhau là 3m3 /m2.h không tuần hoàn và 8m3/m2.h có tuần hoàn. Cho qua bể tiếp xúc ozone, nước được phân đều khắp bề mặt bể lọc sinh học bằng ống châm lỗ.
Kết quả cho thấy quá trình lọc sinh học nhỏ giọt và tiền oxy hóa bằng ozone mang lại hiệu quả loại bỏ ammonia, sắt và DOC cao hơn so với quá trình riêng lẻ. Đồng thời làm giảm thiểu sự hình thành các sản phẩm phụ khử trùng (DBPs).
Nghiên cứu ứng dụng công nghệ lọc sinh học cải tiến xử lý nước thải tại Bệnh viện Điều dưỡng – Phục hồi chức năng thành phố Đà Nẵng
Năm 2013- 2014, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Sở Khoa học và Công nghệ thành phố Đà Nẵng, với vai trò là chủ nhiệm đề tài TS. Đỗ Văn Mạnh (Trung tâm Công nghệ môi trường tại Đà Nẵng– Viện Công nghệ môi trường) cũng nhóm nghiên cứu đã tiến hành thực hiện đề tài “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ lọc sinh học cải tiến để xử lý nước thải tại Bệnh viện Điều dưỡng – Phục hồi chức năng thành phố Đà Nẵng”..
Sự cải tiến của hệ thống xử lý nước thải này nằm ở chỗ, bên trong tháp lọc sinh học nhỏ giọt được bố trí hệ thống ejector giúp cho khả năng khuếch tán oxy trong không khí ngoài tự nhiên và làm tăng áp lực cho giàn phun tán đều bên trong tháp. Ngoài ra, loại vật liệu đệm dạng cầu sử dụng làm giá thể cho quá trình lọc sinh học cũng lần đầu được bố trí đưa vào. Đây chính là những điểm mới của đề tài, giúp nâng cao hiệu quả xử lý của toàn hệ thống.
Nhóm nghiên cứu đề tài đã thu được nhiều kết quả khả quan và đạt được các chỉ tiêu như đề ra ban đầu: thi công và lắp đặt 01 hệ thống xử lý nước thải tại Bệnh viện Điều dưỡng – Phục hồi chức năng thành phố Đà Nẵng; hệ thống hoạt động hiệu quả và ổn định, chất lượng nước thải đầu ra đạt tiêu chuẩn QCVN 28:2010/BTNMT, cột A; chi phí cho một đơn vị xử lý thấp (2.140 đồng/m3), vận hành đơn giản và ít phải bảo trì. Cải thiện môi trường xung quanh, bảo vệ sức khỏe của các y bác sỹ cũng như các bệnh nhân lưu trú tại Bệnh viện. Việc cải tiến không sử dụng máy thổi khí không những không gây tiếng ồn cho bệnh viện mà còn tiết giảm được khoản chi phí đầu tư vận hành trong quá trình xử lý.
Nghiên cứu dùng sơ dừa để xử lý nƣớc thải chế biến cao su
Năm 2001, Nguyễn Bích Ngọc- Viện nghiên cứu cao su latex Việt Nam đã nghiên cứu thành công ứng dụng xơ dừa thô trong xử lý nước thải cao su dưới dạng đơn giản. Nghiên cứu này được thực hiện nhằm nâng cao hiệu suất xử lý nước thải cao su và tiết kiệm chi phí đầu tư.
Nghiên cứu sử dụng các sợi sơ dừa được kết thành chuỗi tiết diện tròn và không phủ cao su, đường kính 20cm và dài 200cm. sau đó các chuỗi này được buộc song song với nhau trên một khung hình khối chữ nhật. Nước thải từ một xưởng chế biến cao su được cho qua bể phân hủy kị khí có sơ dừa thô làm giá thể, thời gian lưu nước là 2 ngày. Qua kiểm nghiệm chất lượng nước thải trên 22 mẫu, hiệu suất xử lý đối với chất ô nhiễm hữu cơ vẫn ổn định, đạt 90% đối với cả COD và BOD, hiện tượng cuốn trôi vi sinh vật ra khỏi bể xử lý không đáng kể, thuận lợi cho những quá trình xử lý tiếp theo.
Sau hơn 1 năm vận hành, bể kỵ khí dùng sơ dừa không có hiện tượng tắc nghẽn dòng chảy nước thải. Từ kết quả trên, Thạc sĩ Nguyễn Bích Ngọc đã khẳng định khả năng và hiệu quả sử dụng sơ dừa thô trong bể xử lý kỵ khí để xử lý các loại nước thải ngành chế biến cao su. Ngoài ra có thể áp dụng công nghệ trên trong xử lý các loại nước thải có chứa chất ô nhiễm hữu cơ cao. Xơ dừa là vật liệu rẻ tiền và có sẵn ở nhiều vùng của nước ta nên có thể được coi như một hướng phát triển các công nghệ xử lý nước thải đơn giản và rẻ tiền.
Ứng dụng Công nghệ lọc Nhỏ giọt cho xử lý nước thải lò mổ
Tháng 4- 2015, Tổng công ty chế biến thịt Úc (Australian Meat Processor Corporation = AMPC), Nghiên cứu đánh giá khả năng ứng dụng hệ thống xử lý công nghệ lọc nhỏ giọt cho nước thải chế biến thịt của lò mổ. Công nghệ lọc tìm kiếm có khả năng trình bày một phương tiện sinh học đơn giản, đáng tin cậy, chi phí thấp và sinh học để loại bỏ chất thải hữu cơ khỏi nước thải của lò mổ.
Hệ thống bộ lọc nhỏ giọt được tạo thành từ một bình chứa (không giữ nước) có chứa môi trường trơ hỗ trợ sự phát triển vi sinh vật để làm suy giảm chất thải hữu cơ. Điều này được gọi là một phản ứng sinh học hiếu khí đính kèm hoặc cố định thường dựa vào dòng khí tự nhiên để cung cấp oxy. Bộ lọc nhỏ giọt ban đầu sử dụng đá làm phương tiện hỗ trợ cho việc cố định của chất nhờn sinh học.
Bộ lọc nhỏ giọt công nghiệp hiện tại, sử dụng bao bì nhựa được thiết kế với tỷ lệ diện tích / thể tích bề mặt cao với khối lượng cao, để tránh tắc nghẽn và đạt được tốc độ tải cao. Tất cả các bộ lọc nhỏ giọt bao gồm một bình chứa, được đóng gói bằng vật liệu trơ.
Bể lọc nước thải được phân phối trên bề mặt của vật liệu và chảy xuống dưới màng mỏng trên bề mặt bao bì, nơi oxy và các chất hữu cơ hòa tan khuếch tán qua lớp chất nhờn và được sử dụng bởi sinh khối để sản xuất các sản phẩm thải (CO2, H2 S và vi khuẩn mới). Một lớp chất nhờn sinh học phát triển trên môi trường và xử lý được cung cấp bởi các vi khuẩn hấp thụ và sử dụng chất hữu cơ hòa tan cho sự tăng trưởng và sinh sản của chúng khi nước thải chảy xuyên qua khoảng trống giữa các vật liệu. Chủ yếu là vi sinh vật hiếu khí, làm độ dày của lớp sinh học tăng (và là chức năng của thủy lực cũng như tải lượng hữu cơ), cho đến khi lớp ngoài hấp thụ tất cả các chất hữu cơ và làm cho lớp bên trong xâm nhập vào sự phát triển nội sinh (theo đó thức ăn được cung cấp bởi tế bào vi sinh vật thay vì các nguồn bên ngoài) và mất khả năng bám víu vào các giá thể giảm đi. Lớp vi sinh vật “bị tróc” được cuộn vào dòng nước thải như chất rắn lơ lửng.
Xử lý hiếu khí là cần thiết cho xử lý nước thải lò mổ để phục hồi vật liệu hữu cơ sau khi xử lý yếm khí hoặc kỵ khí. Quá trình bùn hoạt tính (hoặc hệ thống đầm phá có ga) đã ảnh hưởng đến công nghệ lọc (TF) cũ hơn trên cơ sở các khía cạnh kiểm soát chất lượng và nước thải. TFs chưa được xem xét cho bất kỳ thành phố nào trong nhiều năm. Không cùng một mức độ, nhưng chắc chắn đáng chú ý là việc áp dụng chung của hệ thống xử lý nước thải bằng bùn hoạt tính cho các ứng dụng công nghiệp, mặc dù hệ thống hybrid đã được sử dụng ở một mức độ nào đó. Cần lưu ý rằng công nghệ TF có mức sử dụng năng lượng rất thấp, cao hơn một chút so với đầm phá. Tuy nhiên, tiền xử lý thường được coi là quan trọng đối với các hệ thống TF (nhiều hơn so với bùn hoạt tính).
Tiền xử lý có thể bao gồm DAF (hoạt động tốt) hoặc hệ thống kỵ khí. Tuy nhiên, việc chăm sóc sẽ được yêu cầu để tránh mùi bị tước đi. Ưu điểm chính của quá trình TF là giảm đáng kể yêu cầu năng lượng so với các hệ thống bùn hoạt tính. Nếu yêu cầu giảm BOD hoặc nitơ cao, hệ thống bùn hoạt tính TF có thể được áp dụng. Tiêu chuẩn thiết kế phù hợp sẽ bao gồm các biện pháp kiểm soát để giảm thiểu ruồi và mùi, với khả năng tuần hoàn cao,.. Nhìn chung, TF được ứng dụng trong ngành công nghiệp thịt đỏ và có thể sử dụng hạ lưu là DAF và/hoặc đầm kỵ khí và thượng lưu bùn hoạt tính để giảm BOD, và cung cấp hiệu suất ổn định.
Mô hình đánh giá nước thải bằng phương pháp lọc nhỏ giọt với vật liệu xơ mướp tại Brazil
Năm 2012, Marcos R. Viannal, Gilberto C. B. de Melo2 và Masrcio R. V. Neto2 về lọc nhỏ giọt bằng xơ mướp mang tên “Sử dụng xơ mướp để xử lý nước thải trên bể lọc sinh học có màng vi sinh hỗ trợ” được chấp thuận và đăng trên tạp chí “ Tạp chí Kỹ thuật Đô thị và Môi trường” Brazil. Đây là một trong những đề tài được đánh giá cao bởi vật liệu được sử dụng ở đây là xơ mướp, một vật liệu có thể tận dụng để xử lý được nước thải và thân thiện với môi trường.
Mô hình nghiên cứu được thực hiện tại phòng thí nghiệm môi trường và vệ sinh của trường Kỹ thuật UFMG, Brazil. Mô hình này được làm gồm một hệ thống hình trụ với vật liệu không ngập trong nước đó là xơ mướp. Nước thải sinh hoạy được đưa vào trong ống rỗng thông với hệ thống quay nước hoặc vòi phun được đặt trên hệ thống nhằm phân phối nước được đều. Nước thải sẽ tiếp xúc với vật liệu lọc thành các dòng hoặc các hạt nước nhỏ chảy thành lớp mỏng qua các khe hở của lớp vật liệu. Nước sẽ được thu bằng máy thu và được đưa ra ngoài. Phương pháp được sử dụng ở đây là thống kê số liệu và so sánh sự thay đổi của nồng độ COD, BOD5, TSS, .. của nước đầu vào và đầu ra. Ngoài ra còn so sánh BOD5 qua hai lớp vật liệu đó là đá và xơ mướp.
Kết quả của đề tài này là TSS giảm từ 100mg/L xuống 45mg/L; COD giảm từ 180mg/L còn 154mg/L; BOD5 từ 60mg/L xuống còn 43mg/L; Sét giảm từ 1,00mL/L xuống 0,81mL/L. Khi so sánh với vật liệu đá thì kết quả cho ra hiệu suất của sơ mướp là 80% cao hơn đá là 74%. Như vậy có thể thấy vật liệu sơ mướp rất phù hợp với hệ thống lọc nhỏ giọt này.
