Nghiên cứu sự hình thành bùn hạt hiếu khí và đánh giá khả năng giảm nghẹt màng của mô hình bùn hạt hiếu khí kết hợp lọc màng (AGMBR) - NCS Truong Thi Bich Hong

Tên đề tài luận án tiến sĩ: Nghiên cứu sự hình thành bùn hạt hiếu khí và đánh giá khả năng giảm nghẹt màng của mô hình bùn hạt hiếu khí kết hợp lọc màng (AGMBR)
Chuyên ngành: KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG
Mã số: 62.52.03.20
Họ và tên nghiên cứu sinh: Trương Thị Bích Hồng
Người hướng dẫn khoa học: PGS. TS. Nguyễn Thị Thanh Phượng
Cơ sở đào tạo: Viện Môi trường và Tài nguyên, Đại học Quốc Gia Tp. Hồ Chí Minh

1.    TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN ÁN
So với bùn hoạt tính thông thường, công nghệ bùn hạt hiếu khí có nhiều ưu điểm như có khả năng lắng tốt, thích nghi với tải trọng hữu cơ cao, ít nhạy cảm với độc tố, có thể xử lý đồng thời COD và nitơ ... Tuy nhiên, bản thân nó không đáp ứng tiêu chuẩn xả thải do có hàm lượng chất rắn lơ lửng trong nước đầu ra cao. Do đó sẽ rất hiệu quả khi kết hợp công nghệ bùn hạt hiếu khí với lọc màng. Nghiên cứu này tập trung vào hai quá trình chính là quá trình tạo bùn hạt hiếu khí trên mô hình sinh học theo mẻ (SBR) và quá trình bùn hạt hiếu khí kết hợp lọc màng (AGMBR). 
Nghiên cứu tiến hành tạo bùn hạt hiếu khí trên mô hình SBR sử dụng nước thải tinh bột mì làm cơ chất. Kết quả cho thấy bể SBR với chế độ vận hành tăng dần tải trọng hữu cơ (0,5-10 kgCOD/m3.ngày) và giảm dần thời gian lắng (60-3 phút) đã tạo thành công bùn hạt hiếu khí. Kích thước và khả năng lắng của bùn hạt tăng theo tải trọng hữu cơ và đạt giá trị tối đa (kích thước d=2,3-2,5 mm và chỉ số thể tích bùn SVI=50 mL/g) ở tải trọng 7,5 kgCOD/m3.ngày. Bùn hạt trưởng thành có cấu trúc phân lớp bao gồm lớp bùn kị khí bên trong với nhiều nematode và lớp bùn hiếu khí bên ngoài được bao quanh bởi các ciliate có cuống. Bùn hạt hiếu khí có khả năng xử lý cơ chất cao với hiệu quả xử lý COD, N-NH4+, N-tổng và P-tổng đạt giá trị lần lượt là 90,0%-93,0%, 86,6%-92,5%, 49,4-66,1% và 46,8-62,5%. Điều kiện tối ưu cho quá trình ổn định của bùn hạt hiếu khí được xác định là lưu lượng khí 4,8 L/phút và tải trọng hữu cơ 7,5 kgCOD/m3.ngày. Điều kiện này đã duy trì được bùn hạt hiếu khí với kích thước lớn (d=2,3 mm) và hiệu quả xử lý N-tổng cao (65,5%). 
Khả năng lọc màng của bể AGMBR được so sánh với bể sinh học màng thông thường (MBR). Kết quả lọc màng ở tốc độ lọc không đổi 12 L/m2.h cho thấy tốc độ nghẹt màng của bể AGMBR là 0,385-0,490 kPa/ngày, thấp hơn hai lần so với bể MBR. Kết quả phân tích trở lực lọc cho thấy cơ chế gây nghẹt màng chính đối với bể AGMBR là do nghẹt lỗ với trở lực nghẹt lỗ chiếm 50,3-54,8% trở lực tổng và đối với bể MBR là do nghẹt bề mặt chiếm đến 67,2%. Bùn hạt hiếu khí duy trì được khả năng ổn định với kích thước hạt lớn (d=2,1-2,3 mm) và khả năng lắng tốt (SVI=50-60 mg/L) cùng với nồng độ các hợp chất polymer ngoại bào hòa tan thấp (33,1-37,7 mg/L) là cơ sở của việc giảm nghẹt màng trong bể AGMBR. 
2.    NHỮNG KẾT QUẢ MỚI CỦA LUẬN ÁN
- Nghiên cứu đã tạo thành công bùn hạt hiếu khí trên nước thải tinh bột mì với kích thước hạt lớn (dtb=2,3-2,5 mm) và khả năng lắng tốt (SVI=50 mL/g).
- Nghiên cứu xác định được điều kiện vận hành tối ưu cho quá trình ổn định của bùn hạt hiếu khí là lưu lượng khí 4,8 L/phút và tải trọng hữu cơ 7,5 kgCOD/m3.ngày. Điều kiện này đã duy trì được bùn hạt hiếu khí với kích thước lớn (d=2,3 mm) và hiệu quả xử lý N-tổng cao (65,5%), nhờ đó sẽ kiểm soát tốt vấn đề nghẹt màng khi được kết hợp với quá trình lọc màng trong mô hình AGMBR. 
- Điều kiện vận hành phù hợp của mô hình AGMBR đã duy trì được sự ổn định của bùn hạt hiếu khí trong bể phản ứng nhờ đó nâng cao hiệu quả xử lý và giảm nghẹt màng gấp hai lần so với mô hình MBR bùn hoạt tính thông thường.
3.    KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA LUẬN ÁN VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ CẦN TIẾP TỤC NGHIÊN CỨU
3.1. Khả năng ứng dụng trong thực tế
- Công nghệ bùn hạt hiếu khí (SBR) giảm diện tích công trình 4-5 lần so với công nghệ bùn hoạt tính thông thường nhờ khả năng thích nghi với tải trọng hữu cơ cao.
- Mô hình AGMBR có tốc độ nghẹt màng thấp hơn 2 lần so với mô hình MBR do đó giảm chi phí vệ sinh màng và gia tăng tuổi thọ màng.
- Công nghệ AGMBR kết hợp bùn hạt hiếu khí và lọc màng giảm diện tích công trình đáng kể nhờ khả năng lắng tốt, chịu tải trọng cao và khả năng xử lý đồng thời COD và nitơ của bùn hạt hiếu khí cùng với khả năng thay thế bể lắng hai và bể khử trùng của mô đun màng lọc.
- Nước thải đầu ra của mô hình AGMBR có nồng độ COD và N-NH4+ khá thấp dao động lần lượt trong khoảng 13,7-41,3 mg/L và 0,3-1,6 mg/L, đạt tiêu chuẩn xả thải QCVN 40:2011, Cột A và đáp ứng yêu cầu tái sử dụng nước thải. 
3.2. Những vấn đề cần tiếp tục nghiên cứu
- Để thuận lợi cho việc vệ sinh màng và nâng cao hiệu quả xử lý N-tổng, P-tổng của mô hình AGMBR, mô dun màng nên được đặt trong một bể riêng sau bể tạo bùn hạt hiếu khí SBR và kiểm soát nồng độ DO, luân phiên các điều kiện thiếu khí và hiếu khí trong bể SBR.
- Nghiên cứu ứng dụng quá trình bùn hạt hiếu khí kết hợp lọc màng trên nhiều loại nước thải khác nhau và trên quy mô lớn hơn để đánh giá ảnh hưởng của mô đun màng đến khả năng ổn định của bùn hạt hiếu khí trong thực tế.