Công nghệ xử lý nước thải bằng màng vi lọc là một giải pháp hiện đại đã được ứng dụng rộng rãi tại các quốc gia phát triển như Nhật Bản, Hoa Kỳ và các nước châu Âu trong hơn 20 năm qua. Trong số đó, công nghệ bể sinh học kết hợp màng vi lọc (Membrane Bioreactor – MBR) nổi bật nhờ hiệu quả xử lý cao, vận hành ổn định và tối ưu chi phí đầu tư.
Nguyên lý của MBR là tích hợp hai quá trình chính trong cùng một hệ thống: phân hủy sinh học các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật và tách bùn vi sinh bằng màng vi lọc. Nhờ sự kết hợp này, công nghệ MBR có thể thay thế các công đoạn truyền thống như bể lắng thứ cấp, giúp đơn giản hóa hệ thống xử lý. Cụm màng có thể được bố trí ngập trực tiếp trong bể sinh học hoặc lắp đặt bên ngoài tùy theo thiết kế.
Công nghệ này có khả năng xử lý hiệu quả nhiều loại nước thải khác nhau, từ sinh hoạt đến công nghiệp và nước rỉ rác. Chất lượng nước sau xử lý đạt mức cao và ổn định, với hàm lượng chất rắn lơ lửng rất thấp (SS < 1 mg/L), độ đục nhỏ hơn 0,2 NTU. Hiệu quả loại bỏ nitơ và amoni có thể đạt đến 90–95%, đồng thời khả năng loại bỏ vi khuẩn và virus cũng rất tốt. Màng lọc còn đóng vai trò như một hàng rào vật lý, giúp giữ lại các vi sinh vật gây hại mà phương pháp khử trùng bằng clo đôi khi không loại bỏ được hoàn toàn.
Nhờ chất lượng nước đầu ra tốt, nước sau xử lý bằng MBR có thể xả ra môi trường hoặc tái sử dụng cho các mục đích như tưới cây, vệ sinh sàn, hoặc xả bồn cầu. Bên cạnh đó, do có thể vận hành ở nồng độ bùn hoạt tính cao (MLSS lớn), hệ thống MBR giúp giảm diện tích xây dựng và trong nhiều trường hợp có thể loại bỏ nhu cầu sử dụng bể lắng thứ cấp và các công đoạn xử lý bổ sung khác.
Ưu điểm của màng lọc MBR trong công nghệ xử lý nước thải
Nhờ kích thước lỗ màng siêu nhỏ (~0,03 µm), màng MBR có thể giữ lại hiệu quả chất rắn lơ lửng, hạt keo, vi khuẩn, một phần virus và các hợp chất hữu cơ có kích thước lớn. Vì vậy, hệ thống có thể lược bỏ bể lắng sinh học và công đoạn khử trùng phía sau, góp phần giảm diện tích xây dựng, tiết kiệm chi phí đầu tư và vận hành.
Thời gian lưu nước trong bể ngắn, chỉ khoảng 2,5–5 giờ, thấp hơn đáng kể so với công nghệ bùn hoạt tính truyền thống. Điều này giúp giảm nhu cầu diện tích đất, đặc biệt phù hợp với các công trình có không gian hạn chế như bệnh viện, khách sạn, tòa nhà văn phòng hoặc các dự án cải tạo.
Hệ thống vận hành với nồng độ vi sinh cao (MLSS lớn) và thời gian lưu bùn dài (SRT), làm giảm lượng bùn dư phát sinh, từ đó tiết kiệm chi phí xử lý và thải bỏ bùn. Đồng thời, nồng độ bùn cao cũng giúp hạn chế hiện tượng bùn nổi và nâng cao hiệu quả xử lý sinh học.
MBR có thể hoạt động với nồng độ bùn hoạt tính từ 5.000–12.000 mg/L và tải trọng BOD cao, cho phép thu gọn thể tích bể sinh học hiếu khí, qua đó giảm chi phí đầu tư xây dựng.
Chất lượng nước đầu ra luôn ổn định và đạt tiêu chuẩn cao, không bị ảnh hưởng bởi bùn lơ lửng hay vi sinh vật gây bệnh, đồng thời không cần kiểm soát chặt chẽ lượng clo dư như các phương pháp truyền thống.
Nước sau xử lý có hàm lượng chất rắn rất thấp (<5 mg/L), cùng với BOD₅ và COD ở mức thấp, nên có thể tái sử dụng cho nhiều mục đích như tưới cây, làm mát, vệ sinh hoặc rửa đường.
Quá trình vận hành hệ thống đơn giản, dễ tự động hóa, không cần theo dõi thường xuyên các chỉ số phức tạp như SVI, giúp giảm nhân công và chi phí quản lý.
Khi cần mở rộng công suất, hệ thống có thể nâng cấp linh hoạt bằng cách bổ sung thêm các module màng lọc mà không cần thay đổi lớn về kết cấu ban đầu.
Xử lý nước thải bằng công nghệ MBR
Màng lọc MBR ứng dụng trọng công nghệ xử lý nước thải cực kỳ đơn giản.
Xử lý nước thải bằng công nghệ MBR được ứng dụng rất phổ biến trong các loại nước thải khó xử lý ví dụ như:
Xử lý nước thải sinh hoạt
Xử lý nước thải bệnh viện
Xử lý nước thải phòng khám
Xử lý nước thải công nghiệp, sản xuất
Xử lý nước thải bằng công nghệ MBR tiết kiệm chi phí xây dựng và lắp đặt rất nhiều so với công nghệ truyền thống.
Nguyên lý xử lý nước thải bằng Màng lọc MBR
Cơ chế hoạt động của vi sinh vật trong Xử lý nước thải bằng công nghệ MBR cũng tương tự như bể bùn hoạt tính hiếu khí nhưng thay vì tách bùn sinh học bằng công nghệ lắng thì công nghệ MBR lại tách bằng màng.
Vi sinh vật, chất ô nhiễm, bùn hoàn toàn bị giữ lại tại bề mặt màng. Đồng thời chỉ có nước sạch mới qua được màng. Phần nước trong được bơm hút ra ngoài, phần bùn nằm lại trong bể và định kỳ tháo về bể chứa bùn.
Kích thước lỗ màng MBR rất nhỏ (0.01 ~ 0.2 µm) nên bùn sinh học sẽ được giữ lại trong bể, mật độ vi sinh cao và hiệu suất xử lý tăng. Nước sạch sẽ bơm hút sang bể chứa và thoát ra ngoài mà không cần qua bể lắng, lọc và khử trùng.
Máy thổi khí ngoài cung cấp khí cho vi sinh hoạt động còn làm nhiệm vụ thổi bung các màng này để hạn chế bị nghẹt màng.
Bảo trì Màng lọc MBR
Để kéo dài tuổi thọ cho màng, cần làm sạch màng vào cuối hạn dùng. Chọn cách rửa màng tối ưu tùy thuộc vào loại nước đầu vào. Thời điểm rửa màng xác định dựa theo đồng hồ đo áp lực. Có 2 cách làm sach màng:
Cách 1: Làm sạch màng bằng cách thổi khí: Dùng khí thổi từ dưới lên sao cho bọt khí đi vào trong ruột màng chui theo lỗ rỗng ra ngoài, đẩy cặn bám khỏi màng.
Cách 2: Làm sạch màng bằng cách ngâm trong dung dịch hóa chất. Nếu tổn thất áp qua màng tăng lên 25~30 cmHg so với bình thường, ngay cả khi đã dùng cách rửa màng bằng thổi khí, thì cần làm sạch màng bằng cách ngâm vào thùng hóa chất riêng khoảng 2~4 giờ. (Dùng chlorine với liều lượng 3~5g/L, thực hiện 6~12 tháng một lần).
Chú ý: Mang đồ bảo hộ lao động trong quá trình ngâm hóa chất rửa màng
