22/10/2020
Tóm tắt
Gần đây trên thế giới nước thải sau xử lý đã được tái sử dụng nhiều cho các mục đích cung cấp nước sinh hoạt phi ăn uống. Nghiên cứu này tập trung đánh giá hiệu quả việc áp dụng màng siêu lọc (UF) trong giai đoạn xử lý bậc cao sau quá trình xử lý truyền thống đối với nước thải sinh hoạt và nước thải khai thác than cho mục đích tái sử dụng. Các mô hình thử nghiệm xử lý có sử dụng màng UF công suất 1,2 - 1,4 m3/h được xây dựng để xử lý nước thải sinh hoạt phi tập trung có hàm lượng chất hữu cơ thấp và xử lý nước thải hầm lò mỏ than sau quá trình hóa lý. Các thông số DO, pH, COD, BOD, TSS, VSS, Nitơ tổng và NH4-N trong nước thải sinh hoạt và TSS, Fe, Mn, và độ cứng của nước thải hầm lò mỏ than được phân tích. Sau xử lý, các chất ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt đã giảm đáng kể (TSS là 82%, BOD5 là 86%, COD là 82% và NH4-N là 96%). Hiệu suất loại bỏ các chất ô nhiễm trong nước thải khai thác than đạt 93,5% đối với TSS, 67% đối với sắt, 68% đối với mangan, và 52% đối với độ cứng. Các thông số chất lượng nước phân tích được trong nước đầu ra của cả hai mô hình thử nghiệm đều đạt ngưỡng quy định của Quy chuẩn kỹ thuật Việt Nam về chất lượng nước sinh hoạt, cho thấy nước thu hồi sau quá trình xử lý bằng UF có thể sử dụng cho mục đích sinh hoạt phi ăn uống và các mục đích sản xuất khác.
Từ khóa: Tái sử dụng; Nước thải sinh hoạt; Nước thải hầm lò mỏ than; Xử lý nâng cao; Màng lọc UF.
1. Giới thiệu chung
Tái sử dụng nước thải với các mục đích khác nhau đóng góp quan trọng trong việc tiết kiệm nguồn nước sạch. Trong khu vực đô thị nước thải có thể tái sử dụng để: Dội nhà vệ sinh, rửa xe, tưới cây, chữa cháy… Hơn nữa, thực hiện việc tái sử dụng nước thải sẽ làm giảm các tác động gây ô nhiễm đến môi trường, giảm lượng nước thải vận chuyển về các nhà máy xử lý tập trung [1].
Trong sản xuất công nghiệp, nhu cầu nước cho sản xuất và sinh hoạt của công nhân rất cao. Nước dùng cho sinh hoạt chủ yếu là từ nguồn cấp nước tập trung. Tuy nhiên nhiều cơ sở công nghiệp như khai thác khoáng sản, xây dựng cầu đường,… ở vị trí cách xa nguồn cung cấp nước nhưng lại có nhu cầu cấp thiết dùng nước cho sinh hoạt như: giặt giũ, tắm rửa,... Khai thác than hầm lò là một trường hợp điển hình khi lượng nước dùng cho sinh hoạt của công nhân hoặc để phun dập bụi than rất lớn, trong khi đó loại nước thải sản xuất này với nguồn gốc chủ yếu từ nước ngầm với hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (TSS), sắt (Fe) và mangan (Mn) tương đối cao, có thể xử lý được để cho các mục đích này.
Trong các công nghệ xử lý nước thải (XLNT) sinh hoạt và sản xuất để tái sử dụng cho các mục đích khác nhau do Cục BVMT Hoa Kỳ đề xuất có quy trình lọc màng [2]. Sau quá trình xử lý truyền thống bằng phương pháp sinh học để loại bỏ các chất hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải sinh hoạt hoặc bằng phương pháp hóa lý để loại bỏ TSS, Fe, Mn,… và các chất ô nhiễm khác trong nước thải hầm lò,… có thể dùng màng lọc để tiếp tục tách các chất rắn không hòa tan và vi sinh vật gây bệnh trong đó [3]. Màng lọc dùng trong công trình xử lý sinh học (Membrane Bio-Reactor - MBR) để XLNT sinh hoạt hoặc dùng để loại bỏ tiếp tục các phần tử không hòa tan khác trong nước thải hầm lò mỏ thường là các loại màng MF (microfilter) và UF (ultrafilter). Với kích thước lỗ từ 0,05 ÷0,1µm, màng lọc UF có ưu thế loại bỏ được các chất rắn không hòa tan phân tán tinh thường là kim loại nặng trong nước thải hầm lò và các loại vi khuẩn, virus gây bệnh có trong nước và nước thải sinh hoạt [4].
Bài viết giới thiệu các kết quả nghiên cứu ứng dụng một số loại màng UF trên mô hình thử nghiệm công suất 1-1,5 m3/h để XLNT sinh hoạt phi tập trung và xử lý tiếp tục nước thải hầm lò mỏ than để cấp nước phi ăn uống cho một số mục đích sinh hoạt và sản xuất tại những nơi mà điều kiện cung cấp nước sạch khó khăn.
2. Các mô hình thử nghiệm xử lý nước thải có màng UF tại hiện trường
2.1. Mô hình thử nghiệm XLNT sinh hoạt
Xí nghiệp cơ giới thuộc Công ty Thoát nước Hà Nội địa điểm tại đập Thanh Liệt (hạ lưu sông Tô Lịch) có lượng nước thải sinh hoạt khoảng 20-25 m3/d. Đây là nguồn nước thải phi tập trung và đã qua bể tự hoại nên nồng độ các chất ô nhiễm trong đó không cao: TSS dao động từ 48-125 mg/L, BOD5 từ 65-148 mg/L, COD từ 120 - 250 mg/L, N-NH4 từ 15,5-32,5 mg/L,... được xả trực tiếp vào sông Tô Lịch [5]. Trong khi đó, nhu cầu cấp nước sạch tại đây rất lớn. Với mục đích tái sử dụng nước thải sinh hoạt sau xử lý để dội nhà vệ sinh và chuồng gà lợn, rửa xe, tạo cảnh quan và là nguồn nước bổ sung cho sông nội đô trong mùa khô, dựa vào đặc điểm nước thải và điều kiện cụ thể tại hạ lưu sông Tô Lịch, công nghệ XLNT được lựa chọn là xử lý sinh học cưỡng bức theo nguyên tắc A (anoxic) và O (oxic) trong bể AO-MBR nêu trên Hình 1.
Hình 1. Sơ đồ dây chuyền công nghệ XLNT sinh hoạt tại đập Thanh Liệt
Mô hình thử nghiệm công suất 1,2 m3/h tại hiện trường bao gồm: Bể chứa nước thải đầu vào, song chắn rác tinh, thùng xử lý sinh học nước thải với các ngăn thiếu khí (anoxic), hiếu khí (oxic), ngăn màng MBR và ngăn chứa nước sau xử lý. Các thiết bị bao gồm: Bộ màng siêu lọc UF, bơm hút qua màng, bơm tuần hoàn bùn, máy thổi khí và các máy bơm hóa chất rửa màng.
Màng siêu lọc sử dụng trong mô hình là dạng màng sợi rỗng vật liệu chế tạo là Polyvinylidene Fluoride (PVDF), kích thước lỗ là 0,02÷0,04 µm, có tổng diện tích lọc bề mặt là 41 m2, do công ty Koch của Mỹ sản xuất.
Mô hình đã được vận hành trong thời gian 150 ngày với các thời gian lưu thủy lực (Hydraulic Rentation Time – HRT) và tỉ lệ bùn tuần hoàn khác nhau để đánh giá về hiệu quả xử lí các chất hữu cơ và nitơ. Cách vận hành khi mô hình MBR hoạt động ổn định là 10 phút hút nước qua màng và 1 phút rửa ngược. Thời gian lưu nước thủy lực tổng cộng dao động từ 4,5 đến 9,0 giờ. Bùn được lưu giữ hoàn toàn trong hệ thống, tuy nhiên hàng ngày một lượng bùn có thể tích 500 mL được lấy ra từ bể hiếu khí để phân tích các thông số của quá trình xử lí sinh học. Các thông số vận hành mô hình được trình bày ở Bảng 1.
Bảng 1. Các thông số vận hành mô hình
|
Giai đoạn vận hành |
Ngày |
Lưu lượng vào Qv (L/h) |
Lưu lượng bùn tuần hoàn QRAS (L/h) |
HRT (giờ) |
Tải trọng thủy lực qua màng (m3/m2.d) |
COD nước thải vào. (mg/L) |
|
1 |
001 - 300 |
1000 |
1Qv |
4,5h |
0,6 |
200 |
|
2 |
031 - 600 |
950 |
1Qv |
9h |
0,56 |
180 |
|
3 |
061 - 120 |
900 |
2Qv |
9h |
0,52 |
192 |
|
4 |
121 - 150 |
850 |
3Qv |
5,1h |
0,49 |
220 |
2.2. Mô hình và quy trình nghiên cứu xử lý nước thải hầm lò mỏ than
Nước thải hầm lò mỏ than Công ty than Mạo Khê có nguồn gốc là nước ngầm chảy qua các vỉa than và rãnh thoát nước hầm lò, sau khi được bơm lên mặt đất và xử lý hóa lý bằng các phương pháp keo tụ - lắng và lọc, đảm bảo yêu cầu chất lượng xả thải ra nguồn nước mặt loại B theo QCVN 40:2011/BTNMT [6] được đưa về bể chứa nước thải đầu vào của mô hình thử nghiệm hiện trường có công suất 1,3 m3/h (25÷30 m3/d). Sơ đồ nguyên tắc mô hình nghiên cứu quá trình xử lý tiếp tục nước thải hầm lò mỏ than bằng phương pháp màng lọc được nêu trên Hình 2.
Hình 2. Sơ đồ hoạt động của mô hình màng UF hiện trường
Nước đầu vào được bơm qua bộ lọc sơ bộ (lọc sợi, kích thước lỗ rỗng là 100 µm), sau đó sẽ phân phối đều trên các ống dẫn vào modul màng siêu lọc (UF). Màng sử dụng là loại màng UF sợi ống của hãng Mann - Hummel với vật liệu màng là PAN cải tiến ưa nước, kích thước lỗ: 0,01 - 0,05 µm, diện tích lọc bề mặt 48 m2, khả năng nước lọc qua màng (thông lượng): 11 - 72 L /m2.h (ở 25oC), áp suất đầu vào tối đa: 241kPa, áp suất lọc tối đa: 55 kPa. Theo sơ đồ nêu trên Hình 2, ngoài máy bơm và máy nén khí, còn có một số van điều chỉnh lưu lượng cho phép duy trì lưu lượng nước cấp luôn ổn định.
Theo định kỳ, nhằm loại bỏ tất cả các chất bẩn bám dính trên bề mặt, các màng lọc sẽ được rửa ngược nhờ phương pháp kết hợp giữa việc sục khí và sử dụng nước đã lọc. Hệ thống rửa ngược được kết nối với bồn chứa nước đã lọc và bơm rửa ngược, được thiết kế phù hợp với số lượng bộ màng và tần suất rửa ngược. Bơm được gắn với thiết bị biến tần nhằm duy trì tốc độ rửa ngược theo thông số cài đặt sẵn. Nước rửa ngược được đưa từ phía trên kết hợp cùng với khí nén từ phía dưới sẽ tạo cho màng lọc rung động mạnh làm bong tách các chất bẩn ra khỏi bề mặt sợi màng. Lượng nước bẩn này sẽ được xả bỏ.
2.3. Phương pháp phân tích các chỉ tiêu chất lượng nước thải
Các chỉ tiêu DO, pH, nhiệt độ của nước thải đầu vào và nước sau xử lí của các mô hình thử nghiệm hoặc nước trong các ngăn thiếu khí và hiếu khí của bể AO-MBR được đo đạc hàng ngày bằng các thiết bị đo nhanh. Việc lấy mẫu nước để phân tích các chỉ tiêu pH, COD, BOD, hàm lượng chất rắn lơ lửng (TSS), nitơ tổng số (TN), nitơ amoni (-NH4 -N ), Fe, Mn, sunfat, độ cứng, coliform,.... được thực hiện 3 lần trong 1 tuần. Việc phân tích tuân thủ các phương pháp tiêu chuẩn như TCVN (ISO), APPHA 2003 bằng thiết bị đo quang phổ DR2100 của HACH.
Các thông số vật lý của mô hình: áp lực nước trước và sau màng lọc, áp suất khí nén, lưu lượng nước lọc qua màng được xác định bằng đồng hồ đo áp suất, lưu lượng,... gắn trên mô hình. Các chỉ số đặc trưng của màng như tỉ lệ nước thu hồi, hiệu suất xử lý,... được xác định trên cơ sở tính toán thông qua các số liệu phân tích và số liệu đo đạc.
3. Các kết quả nghiên cứu và thảo luận
3.1. Kết quả nghiên cứu xử lý để tái sử dụng nước thải bằng MBR
Trong giai đoạn đầu kéo dài 30 ngày, mô hình được vận hành với lưu lượng 1000 L/h; tải trọng thủy lực tương ứng là 0,6 m3/m2/d, liều lượng bùn (mixed-liquor suspended solids -MLSS) ban đầu trong bể hiếu khí là 2000 mg/L và không ổn định trong thời gian này. Sau 60 ngày, khi lưu lượng bùn tuần hoàn được điều chỉnh tăng lên thì MLSS cũng tăng theo và ổn định ở mức 3000 - 4000 mg/L vào cuối giai đoạn 3 (ngày thứ 120). Lượng bùn tiếp tục tăng cao khi lưu lượng nước thải đầu vào và lưu lượng bùn tuần hoàn tăng thêm. Ở giai đoạn này, MLSS đạt giá trị cao nhất 5600 mg/L.
Trong khi giá trị MLSS trong bể hiếu khí dao động tỉ lệ với sự thay đổi về HRT và tỉ lệ bùn tuần hoàn, hàm lượng MLSS trong bể phản ứng hiếu khí ổn định trong khoảng 2000 - 3000 mg/L trong suốt thời gian vận hành mô hình. Hàm lượng oxi hòa tan (DO) trong bể hiếu khí dao động từ 2,0 đến 5,0 mg/L. DO trong bể thiếu khí được duy trì ở mức từ 0 - 0,5 mg/L. Ngay cả khi tỉ lệ bùn hoạt tính tuần hoàn tăng đến 300 %, mức DO hòa tan duy trì trong bể hiếu khí là trên 2 mg/L và trong bể thiếu khí luôn dưới 0,5 mg/L.
Ở giai đoạn đầu (ngày 1 ÷ 30), giá trị F/M (tỉ lệ lượng thức ăn trên sinh khối vi sinh vật) thấp và khá ổn định. Trong giai đoạn 2 khi lưu lượng nước đầu vào giảm xuống một nửa và lượng bùn tuần hoàn tăng đến 300 % thì giá trị F/M càng giảm và đạt giá trị nhỏ nhất trong toàn bộ thời gian vận hành (Hình 2). Giá trị F/M trung bình từ 0,1 - 0,15 kg COD/kgMLVSS/d, phù hợp với nhiều nghiên cứu trước đây (Pollic và các cộng sự, 2004; Liu và các cộng sự, 2005) [7].
|
|
|
|
Hình 3. Sự dao động của DO trong bể phản ứng sinh học (ngăn hiếu khí và hiếu khi) theo các lần lấy mẫu |
Hình 4. Sự dao động của chỉ tiêu F/M trong bể phản ứng hiếu khí |
Hình 5 biểu diễn sự dao động của COD đầu vào và đầu ra sau khi xử lí. Hàm lượng COD trong nước thải thô dao động từ 110 - 240 mg/L. Với giá trị này, nước thải sinh hoạt tại Thanh Liệt - Hà Nội có thể được phân loại là nước thải nồng độ hữu cơ thấp. Hiệu suất xử lí COD khá ổn định.. Hàm lượng COD sau khi xử lí đều nhỏ hơn 50 mg/L, do đó đáp ứng được tiêu chuẩn xả thải ra môi trường.
|
|
|
|
Hình 5. Sự thay đổi hàm lượng COD trong nước thải đầu vào và nước sau xử lý |
Hình 6. Hàm lượng amôni trong nước thải đầu vào và nước sau xử lý |
Hình 6 biểu diễn sự thay đổi hàm lượng amôni trong nước thải đầu vào và nước đã xử lý trong suốt 5 tháng vận hành mô hình. Hàm lượng amôni trong nước thải đầu vào dao động từ 7,4 - 24,8 mg/L. Trong giai đoạn đầu hàm lượng amôni trong nước sau xử lý khá cao, chứng tỏ rằng quá trình nitrate hóa ở bể hiếu khí chưa được thực hiện hoàn toàn do thời gian lưu thủy lực không đủ, và năng lực oxi hóa của các vi khuẩn nitrifier còn yếu trong giai đoạn khởi động mô hình. Tuy nhiên sau ngày thứ 30, hiệu suất xử lý amôni rất ổn định và cao (> 96 %). Các kết quả cho thấy hiệu suất xử lí nitơ (TN) cao và tăng khi tỉ lệ bùn tuần hoàn tăng.
Độ kiềm của nước thải đầu vào dao động trong khoảng 200 - 250 mg CaCO3/L và trong nước sau xử lý luôn lớn hơn 80 mg/L, chứng tỏ lượng kiềm đủ cho quá trình nitrat hóa trong bể phản ứng sinh học. Trong thời gian vận hành, rửa màng bằng nước và sục khí bề mặt. Phần lớn bùn được vẫn được giữ trong hệ thống xử lý tuy nhiên khi MLSS trên 5000 mg/L, bùn được xả ra khỏi mô hình và sau đó bổ sung nước thải để MLSS đạt 3500 mg/L. Chất lượng nước thải sau xử lý ổn định. Qua quá trình xử lý trong công trình AO-MBR, TSS và coliform được loại bỏ rất hiệu quả. Một số vi khuẩn coliform có trong mẫu phân tích trong nước thải đầu ra chủ yếu do bị tái nhiễm tại ngăn chứa nước thải sau xử lý.
Bảng 2. Hiệu quả xử lý của mô hình AO-MBR đối với nước thải sinh hoạt phi tập trung tại Thanh Liệt
|
TT |
Thông số |
Nước thải đầu vào |
Nước thải sau xử lý |
||
|
Khoảng giá trị |
Trung bình |
Đầu ra |
Yêu cầu(1) |
||
|
1 |
pH |
6.7-7.8 |
7.2 |
6.95-7.75 |
5.5 -9 |
|
2 |
TSS, mg/L |
48-125 |
102 |
18 |
50 |
|
3 |
BOD5, mg/L |
65-148 |
102 |
14 |
15 |
|
4 |
COD, mg/L |
110-240 |
180 |
32 |
30 |
|
5 |
N-NH4, mg/L |
7.4-24.8 |
17.5 |
0.7 |
0.9 |
|
6 |
N-NO3, mg/L |
0.5-9.5 |
1.5 |
9 |
10 |
|
7 |
Độ kiềm, mg CaCO3/L |
200-250 |
220 |
85 |
|
|
8 |
Coliform, MPN/100mL |
|
12000 |
500 |
5000 |
Ghi chú: (1) -tương đương mức B1 của QCVN 08-MT:2015/BTNMT đối với nguồn nước mặt dùng cho mục đích tưới tiêu, thủy lợi hoặc các mục đích sử dụng khác có yêu cầu chất lượng thấp
Hiện nay Việt Nam chưa có các tiêu chuẩn về chất lượng nước thải tái sử dụng cho các hoạt động trong đô thị, tuy nhiên thấy rằng phần lớn các thông số chất lượng nước thải sau xử lý đạt mức B1 theo QCVN 08-MT:2015/BTNMT [8] đáp ứng yêu cầu để tưới cây, rửa đường, dội nhà vệ sinh hoặc bổ sung cho kênh hồ đô thị khi nguồn nước này bị cạn kiệt. Các kết quả nêu trong Bảng 2 cũng cho thấy hiệu suất xử lí tốt hơn so với các công nghệ hiện đang áp dụng như bể phản ứng sinh học theo mẻ (SBR) hoặc kênh oxy hóa đang được triển khai áp dụng để xử lí nước thải sinh hoạt ở một số đô thị Việt Nam [9]. Ngoài ra, một điểm mạnh của công nghệ này là không cần thiết phải bổ sung hóa chất điều chỉnh hàm lượng kiềm và hàm lượng chất hữu cơ, cũng như các hóa chất keo tụ như PAC, giảm chi phí vận hành của dây chuyền xử lí [9, 10].
3.2. Kết quả nghiên cứu xử lý để tái sử dụng nước thải hầm lò mỏ than trên mô hình thử nghiệm
Sau khi xử lý bằng phương pháp keo tụ - lắng – lọc, nước thải hầm lò mỏ than Mạo Khê đạt mức B theo QCVN 40:2011/BTNMT và được bơm về xử lý tiếp tục trong bộ màng lọc với quy trình hoạt động bình thường theo chế độ tự động với áp suất lọc qua màng (P1 – P3) là 20kPa. Áp suất động học hoặc lưu lượng lọc được điều chỉnh bằng biến tần.
Đối với thông số TSS trong nước thải, hiệu quả xử lý bằng màng lọc UF qua các lần lấy mẫu được nêu trên Hình 7.
|
|
|
|
Hình 7. Hiệu quả xử lý TSS bằng màng lọc UF |
Hình 8. Hiệu quả xử lý Fe bằng màng lọc UF
|
Sau quá trình xử lý bằng phương pháp hóa lý qua các công trình keo tụ - lắng và lọc cát, hàm lượng TSS còn lại trong nước thải dao động từ 16 đến 45 mg/L, phụ thuộc vào chế độ vận hành mô hình cũng như chất lượng nước thải hầm lò mỏ than bơm về. Sau quá trình lọc qua màng UF, hàm lượng TSS còn lại nằm ở mức 0,2 đến 4,8 mg/L, trung bình là 2 mg/L. Hiệu quả xử lý TSS trung bình bằng màng lọc UF là 93,5%. Nước thải sau xử lý bằng màng lọc có TSS luôn đảm bảo quy định của QCVN 02:2009/BYT – Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước sinh hoạt (độ đục dưới 5 NTU, tương đương TSS là 5 mg/L) [11].
Với hàm lượng sắt đầu vào dao động từ 0,3 mg/L đến 1,2 mg/L, trong đó hàm lượng Fe(II) chiếm 25-30% (dao động từ 0,1 đến 0,35 mg/L), nước sau lọc màng UF có hàm lượng sắt từ 0,1 đến 0,3 mg/L, luôn nhỏ hơn 0,5 mg/L, đảm bảo quy định của QCVN 02:2009/BYT. Theo biểu đồ Hình 8, hiệu quả loại bỏ sắt khỏi nước thải bằng màng lọc UF đạt từ 60 đến 70%, trung bình là 67%.
|
|
|
|
Hình 9. Hiệu quả xử lý mangan (Mn) bằng màng lọc UF |
Hình 10. Độ cứng trong nước thải đầu vào và đầu ra |
Hàm lượng mangan đầu vào chủ yếu dưới dạng Mn(OH)2 kết tủa không hòa tan dao động từ 0,7 đến 1,4 mg/L và sau khi qua màng lọc giảm xuống còn dưới 0,5 mg/L. Theo biểu đồ Hình 9, hiệu quả xử lý Mn trung bình bằng màng lọc UF là 68%. Trong 17 mẫu nước phân tích, có 12 mẫu nước thải hàm lượng Mn nhỏ hơn 0,3 mg/L, đáp ứng quy định của QCVN 02:2009/BYT [11].
Độ cứng được tính theo hàm lượng CaCO3t heo thời gian lấy mẫu biểu diễn trên biểu đồ Hình 10. Nước thải hầm lò mỏ than có nguồn gốc nước ngầm, qua quá trình keo tụ lắng và lọc được giảm đi một phần. Tuy nhiên trong nước thải đưa về bộ lọc màng, độ cứng trong nước vẫn còn lớn (từ 280 đến 700 mg/L). Sau quá trình lọc màng UF, độ cứng của nước đã giảm đi đáng kể, dao động từ 60 mg CaCO3/L đến 360 mg/L, nằm trong phạm vi cho phép của nước sử dụng cho sinh hoạt (350 mg/L) theo QCVN 02:2009/BYT [11].
Trong quá trình bơm và xử lý bằng keo tụ - lắng – lọc tại trạm XLNT hầm lò mỏ than Mạo Khê do không đủ oxy nên sắt và mangan chưa được oxy hóa triệt để. Trong nước đầu ra của trạm XLNT còn một phần không nhỏ các ion Fe2+ và Mn2+. Màng UF có hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm chủ yếu trong nước thải hầm lò mỏ than như Fe, Mn,...dưới dạng muối không hòa tan. Vì vậy nước đầu ra khỏi màng UF vẫn còn hàm lượng Fe trung bình là 0,2 mg/L và hàm lượng Mn trung bình là 0,3 mg/L, nằm trong giới hạn cho phép của nước cấp sinh hoạt [11]. Ngoài ra, quá trình lọc màng UF cũng loại bỏ được các phần tử chất rắn phân tán tinh nên nước sau lọc có độ đục nhỏ, đảm bảo yêu cầu nước sinh hoạt. Hiệu quả xử lý các phần tử không hòa tan (TSS, muối Fe, Mn,...) cao hơn nhiều so với các muối hòa tan.
Tổng hợp kết quả nghiên cứu xử lý tiếp tục các chất ô nhiễm trong nước thải hầm lò mỏ than khu vực Mạo Khê qua bộ màng lọc UF trên mô hình hiện trường được thể hiện trong Bảng 3.
Bảng 3. Hiệu quả xử lý các chất ô nhiễm trong nước thải hầm lò mỏ than bằng màng lọc UF
|
TT |
Thông số |
Hiệu suất xử lý trung bình, % |
Nồng độ trung bình, mg/L |
|
|
Sau UF |
QCVN 02 |
|||
|
1 |
TSS |
93,5 |
2 |
5 |
|
2 |
Fe |
67 |
0,2 |
0,5 |
|
3 |
Mn |
68 |
0,3 |
- |
|
4 |
Độ cứng (tính theo CaCO3) |
52 |
200 |
350 |
|
5 |
Coliform (MPN/100mL) |
- |
3 |
50 |
Như vậy kết quả phân tích cho thấy phần lớn các thông số chất lượng nước sau lọc bằng màng UF đều đạt yêu cầu chất lượng nước phục vụ cho sinh hoạt theo QCVN 02:2009/BYT. Một số nghiên cứu ở nước ngoài cũng cho thấy khả năng tái sử dụng nước thải hầm lò mỏ than sau quá trình lọc màng UF. Theo Sivakumar, M., Ramezanianpour, M. & O Halloran, G. (2013), bằng giải pháp lọc màng UF sợi ống có thể loại bỏ được 99,9% các phần tử khoáng rắn trong nước thải hầm lò mỏ than [12]. Công ty khai thác than Longyu ở tỉnh Henan (Trung Quốc) áp dụng quy trình lọc màng UF kết hợp lọc màng thẩm thấu ngược RO hàng ngày đã tái sử dụng được 5277,6 m3 nước thải hầm lò cho các mục đích cấp nước nồi hơi và cấp nước sinh hoạt phi ăn uống. [13].
Kết quả nghiên cứu trên mô hình màng UF ở hiện trường còn cho thấy, khi xử lý bậc cao bằng màng lọc UF trong nước vẫn còn xuất hiện coliform tuy nhiên ở mức rất thấp (3 MPN/100 mL). Sự phát tán vi khuẩn từ môi trường bên ngoài vào mẫu nước sau lọc có thể là nguyên nhân xuất hiện coliform trong nước.
4. Kết luận
Các cơ sở thoát nước thải phi tập trung, khai thác than hầm lò ở địa điểm khó khăn cấp nước sinh hoạt,…là các đối tượng có nhu cầu tái sử dụng nước thải cho mục đích cấp nước sinh hoạt và sản xuất cao. Ứng dụng công nghệ màng lọc để xử lý bậc cao hoặc xử lý tiếp tục nước thải để cấp nước tắm rửa, giặt giũ, dội nhà vệ sinh, tưới cây, rửa đường, dập bụi,… hoặc bổ cập để chống cạn kiệt nước suối, kênh hồ,…là hợp lý.
Màng lọc UF với một số đặc tính kỹ thuật nổi trội có thể đưa vào trong dây chuyền công nghệ xử lý nước thải sinh hoạt và một số loại nước thải sản xuất để tái sử dụng. Nghiên cứu đối với nước thải sinh hoạt phi tập trung có hàm lượng hữu cơ và dinh dưỡng không cao trên mô hình thử nghiệm tại hiện trường công suất 1,2 m3/h thấy rằng màng UF trên dây chuyền AO-MBR đảm bảo xử lý được loại nước thải này để tái sử cho các mục đích cấp nước phi ăn uống như: rửa xe, tưới cây, tạo cảnh quan,… hoặc bổ cập cho nguồn nước sông hồ trong khu vực với chất lượng nước đáp ứng mức B1 của QCVN 08-MT:2015/BTNMT [8].
Nghiên cứu trên mô hình thử nghiệm công suất 1,2-1,4 m3/h đối với nước thải hầm lò mỏ than sau khi xử lý hóa lý đạt mức B của QCVN 40:2011, thấy rằng màng UF loại bỏ được các yếu tố chất rắn lơ lửng, sắt, mangan, độ cứng, coliform,.. để nước thải đáp ứng chất lượng quy định của QCVN 02:2009/BYT, có thể tái sử dụng cho tắm rửa, giặt giũ,… của công nhân hoặc phun dập bụi trên công trường hoặc trong hầm lò.
Lời cảm ơn. Nhóm tác gi ân hoặc phu Bác tác gii ân hoặc po, UBND TP. Hà Nh đã t phgii ân hoặthã t phgiđcác như cunvà c như cung choặc phUF đF c nhý nưc như cung choặc phun dập bụsnưc như cung choặc p cưc như cung choặc phun dập bụi trên công trư.
Trần Đức Hạ1, Trần Đức Minh Hải1
Trường Đại học Xây dựng
(Nguồn: Bài đăng trên Tạp chí Môi trường số Chuyên đề III/2020)
|
STUDY ON ADVANCED WASTEWATER TREATMENT WITH ULTRAFILTERATION (UF) FOR REUSE IN NON-DRINKING WATER SUPPLY Trần Đức Hạ1, Trần Đức Minh Hải2 Abstract Reclaimed water has been greatly applied worldwide recently to augment water supply for non-potable domestic purpose. The present study put an effect on assessing the application of ultra-filtration (UF) on advanced treatment following conventional domestic wastewater treatment and coal mining wastewater for reusing purpose. On-site advanced treatment pilots using UF membrane with the capacity of 1 – 1.5 m3/h were built to treat decentralized domestic wastewater which has a low concentration of organic matters and coal mining wastewater which is abated by chemical-physical process and advanced treatment train. DO, pH, COD, BOD, TSS, VSS, Total Nitrogen and NH4-N in domestic wastewater and TSS, Fe, Mn, and hardness of coal mining wastewater were analyzed. The pollutants in domestic wastewater were reduced significantly as of 82% TSS, 86% BOD5, 82% COD, and 96% NH4-N. The removal efficiency in coal mining wastewater reached 93.5% TSS, 67% iron, 68% manganese, and 52% hardness. The analyzed parameters in permeate of both pilots met legislation thresholds of Vietnam technical regulation on domestic water quality, proving that reclaimed water treated by UF can be used for non-potable domestic purposes. Key words: Reuse; Domestic wastewater; Coal mining wastewater; Advanced treatment; UF Ultrafiltration. |
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Nguyễn Phước Dân. Tiềm năng phục hồi nước thải để giảm căng thẳng nước ngọt ở TP. Hồ Chí Minh - Việt Nam, Tạp chí Bền vững nước, Tập 1, Số 3 năm 2011, 279-287.
US EPA. Guidelines-for-waterreuse, 2012. (https://watereuse.org/wp-content/uploads/2015/04/epa-2012-guidelines-for-waterreuse.pdf).
Trần Đức Hạ, Trần Thị Việt Nga, Đặng Thị Thanh Huyền, Trần Thị Hiền Hoa. Kỹ thuật màng lọc trong xử lý nước cấp và nước thải. NXB Xây dựng, 2017.
Richard W. Baker. Overview of Membrane Science & Technology in Membrane Technology and Applications, 2nd ed.; John Wiley, Chichester, England, 2004.
Trần Đức Hạ. Các biện pháp kỹ thuật tổng hợp xử lý ô nhiễm nước để cải thiện môi trường cảnh quan sông Tô Lịch. Tạp chí “Cấp thoát nước Việt Nam”, Số 1+2 (111+112) năm 2017, 74-80
QCVN 40:2011/BTNMT- Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước thải công nghiệp.
Liu, R., Huang, X., Xi, J. and Qian, Y. Microbial behaviour in a membrane bioreactor with complete sludge retention. Process Biochemistry 40 (2005) 3165–3170.
QCVN 08-MT:2015/BTNMT-Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về chất lượng nước mặt.
Trần Thị Việt Nga, Trần Đức Hạ, Dương Thu Hằng, Nguyễn Đức Cảnh, Nguyễn Thúy Liên, Trần Thị Hiền Hoa. Nghiên cứu phát triển và ứng dụng công nghệ màng trong xử lý nước thải phù hợp điều kiện của Việt Nam: Kết quả đạt được và triển vọng. Tạp chí “Cấp thoát nước Việt Nam”, Số 6 (110) 2016, 54-57.
Nga T. T. V and Son T. H.. The application of A/O-MBR system for domestic wastewater treatment in Hanoi. J. Viet. Env. (2011)1(1):19-24.
QCVN 02:2009/BYT - Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về nước sinh hoạt.
Sivakumar, M., Ramezanianpour, M., and O’Halloran, G. - Mine water treatment using a vacuum membrane distillation system. APCBEE Procedia 5 (2013)157-162.
Liu, Y., Sun, Y., & Wang, M. - Characteristics and pollution of mine water. Clean Coal Technology 13 (2007) 83-86.
