BÀI THI MÔN KỸ THUẬT MÀNG: Cách bố trí các thiết bị trong hệ thống màng và cấu tạo các loại mô đun màng

Chia sẻ: Pham Khanh Dung | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

155
lượt xem 33
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bố trí hệ thống kiểu tuần hoàn thì luôn luôn hoạt động, trong khi đó bố trí hệ thống theo kiểu cây thông thì chỉ hoạt động tốt khi mà dòng chảy được ổn định trong một thời gian dài.MULTI Ưu điểm chính của cách bố trí kiểu cây thông chính là tính đơn giản của nó. Chỉ có 1 bơm và đường ống thì ngắn. Vấn đề chủ yếu là dòng vào được lựa chọn thường giới hạn ở mức quá thấp hoặc quá cao, và bất kỳ sự nhiễu nào của dòng vào sẽ có xu hướng gây bất ổn định cho hệ thống....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: BÀI THI MÔN KỸ THUẬT MÀNG: Cách bố trí các thiết bị trong hệ thống màng và cấu tạo các loại mô đun màng

BÀI THI MÔN KỸ THUẬT MÀNG Đề bài: Nêu cách bố trí các thiết bị trong hệ thống màng và cấu tạo các loại mô đun màng Theo anh/chị, loại mô đun màng nào phù hợp dùng trong lĩnh vực sản xử lý nước thải tại Việt Nam? Thực hiện: Lê Mai Oanh Nguyễn Ngọc Mai Nguyễn Hoàng Chung Lớp KTHH 2009 – 2010 HÀ NỘI, 06/2010
NỘI DUNG 1. CÁCH BỐ TRÍ CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG MÀNG......................................1 1.1. Các kiểu bố trí thiết bị trong hệ thống màng................................................................1 1.2. Ưu nhược điểm của bố trí cây thông và bố trí tuần hoàn............................................3 2. CẤU TRÚC CÁC LOẠI MÔ ĐUN MÀNG.......................................................................4 2.1. Mô đun màng phẳng ........................................................................................................ 6 2.2. Mô đun ống..................................................................................................................... 10 3. ỨNG DỤNG MÔ ĐUN MÀNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ở VIỆT NAM.......14 3.1. Hiện trạng nước thải tại Việt Nam...........................................................................14 3.2. Ðề xuất giải pháp........................................................................................................ 15 3.3. Nguyên lý hoạt động chung......................................................................................... 17 3.4. Một số ví dụ................................................................................................................... 18 3.4.2. Xử lý nước thải làng nghề chế biến lương thực .......................................20 4. TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................. 21 HÀ NỘI 2009
1. CÁCH BỐ TRÍ CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG MÀNG 1.1. Các kiểu bố trí thiết bị trong hệ thống màng Một hệ thống màng gồm các thiết bị: mô đun màng, bơm, ống dẫn, van và thiết bị điều khiển. Các mô đun màng được bố trí theo 2 cách cơ bản: Nối tiếp và song song. 1.1.1. Bố trí nối tiếp Hình 1.1: Bố trí hệ thống màng kiểu nối tiếp Đặc điểm của hệ thống: Dung dịch đầu vào sẽ được đưa vào mô đun thứ nhất, dịch đặc của hệ thống - sau khi qua các mô đun sẽ được thu hồi lại. Dịch đặc ra khỏi mô đun trước là dung dịch đầu vào của mô đun sau. - Nước trong ra khỏi từng mô đun được gộp lại. - Nhận xét: Cách bố trí này không có tác dụng làm tăng năng suất. - Có thể thay đổi được nồng độ của dịch đặc. - 1.1.2. Bố trí song song Hình 1.2: Bố trí hệ thống màng kiểu song song 1
Đặc điểm của hệ thống: Dung dịch đầu được đưa vào tất cả các mô đun. - Dịch đặc và nước trong của hệ thống lấy ra từ tất cả các mô đun. - Nhận xét: Có thể tăng năng suất dung dịch vào. - Không làm thay đổi nồng độ dịch đặc và nước trong. - Từ 2 cách bố trí cơ bản, để tăng chất lượng của sản phẩm mà vẫn đảm bảo năng suất lớn, người ta đưa ra nhiều cách bố trí phối hợp, trong đó có 2 kiểu bố trí thường gặp: 1.1.3. Bố trí kiểu cây thông Hình 1.3: Bố trí hệ thống màng kiểu cây thông Đặc điểm của hệ thống: Mỗi bậc của hệ thống gồm một hay nhiều mô đun làm việc song song. - Các bậc ghép với nhau theo cách bố trí nối tiếp. - Số mô đun của bậc trước lớn hơn số mô đun bậc sau. - Nước trong ra khỏi từng mô đun được gộp lại. - Dịch đặc được lấy ra từ mô đun cuối cùng. - Nhận xét: Có thể tăng được chất lượng dịch đặc hoặc nước trong mà vẫn đảm bảo năng - suất dòng đầu vào. Hiệu quả phân tách và chất lượng tốt, chi phí đầu tư rẻ. - Cách bố trí kiểu cây thông thường được sử dụng trong các hệ thống khử mặn cho nước. 2
1.1.4. Cách bố trí kiểu tuần hoàn Hình 1.4: Bố trí hệ thống màng kiểu tuần hoàn Đặc điểm của hệ thống: Dung dịch đầu vào cùng với dịch đặc ra khỏi mô đun trước thì được đưa vào - mô đun sau. Bố trí thêm một bơm tuần hoàn trước mỗi mô đun. - Các mô đun mắc với nhau theo kiểu nối tiếp. - Nhận xét: Vòng tuần hoàn bảo đảm sự lưu thông trên màng màng tốt do không có sự - phân cực nồng độ, tăng hiệu quả chuyển chất, đảm bảo sự chênh lệch áp suất. Nước trong thu được có chất lượng tốt. - Tốn năng lượng bơm. - Cách bố trí kiểu tuần hoàn thường được sử dụng cho các hệ thống màng trong công nghiệp thực phẩm, công nghiệp hóa chất và dược phẩm. 1.2. Ưu nhược điểm của bố trí cây thông và bố trí tuần hoàn Bố trí hệ thống kiểu tuần hoàn thì luôn luôn hoạt động, trong khi đó bố trí hệ th ống theo kiểu cây thông thì chỉ hoạt động tốt khi mà dòng chảy được ổn định trong một thời gian dài.MULTI Ưu điểm chính của cách bố trí kiểu cây thông chính là tính đơn giản của nó. Chỉ có 1 bơm và đường ống thì ngắn. Vấn đề chủ yếu là dòng vào được lựa chọn thường giới hạn ở mức quá thấp hoặc quá cao, và bất kỳ sự nhiễu nào của dòng vào sẽ có xu hướng gây bất ổn định cho hệ thống. 3
Cách bố trí hệ thống kiểu cây thông làm việc tốt nhất khi diện tích màng trong mỗi bậc không khác nhau nhiều. Nhưng trong thực tế thì mỗi bậc khác nhau một hay hai mô đun. Còn ưu điểm của việc bố trí hệ thống tuần hoàn là việc mở rộng hay thay đ ổi h ệ thống tuần hoàn không phức tạp lắm. Trong hầu hết trường hợp có thể thêm hoặc bớt một hay nhiều vòng tuần hoàn cho mỗi chu trình. Hơn nữa, người ta cũng thường thêm hoặc bỏ đi một hay nhiều chu trình tuần hoàn. Nói cách khác, việc mở rộng một nhà máy chính hay thay đổi các điều kiện vận hành có thể tiến hành mà không cần việc xây dựng lại nhà máy đó. Ngược lại, đối với cách bố trí kiểu cây thông thì rất khó hoặc không thể thay đổi mà không phải thiết kế lại toàn bộ hệ thống. Tùy theo mục đích sử dụng thì người ta sẽ lựa chọn bố trí hệ thống màng theo ki ểu cây thông hay theo kiểu tuần hoàn.E PLANT DESIGN 2. CẤU TRÚC CÁC LOẠI MÔ ĐUN MÀNG Để ứng dụng màng ở phạm vi kỹ thuật cần yêu cầu diện tích màng lớn. Những đơn vị nhỏ nhất trong đó màng được sắp xếp lại cùng nhau được gọi là mô đun. Mô đun là phần trung tâm của hệ thống màng. Đơn giản nhất là kiểu mô đun một trong một đơn lẻ (hình 2.1.). Mô đun Dịch vào Dịch đặc Nước trong Hình 2.1. Mô tả nguyên lý cơ bản của mô đun màng Dòng dịch vào đi vào mô đun với thành phần và tốc độ dòng đã biết tr ước. Do màng có khả năng ưu tiên một cấu tử hơn các cấu tử khác, nên cả thành phần và t ốc đ ộ dòng đưa vào trong mô đun sẽ thay đổi theo hàm của quãng đường đi. Khi đi vào mô đun màng, dòng dịch vào được chia thành hai dòng: dòng nước trong và dòng dịch đặc. Dòng nước trong là phần dòng dịch chui qua được màng, phần còn lại là dịch đặc. Các thiết kế mô đun có thể được dựa trên hai loại cấu hình màng: 1) dạng phẳng; 2) dạng ống. Mô đun khung bản và mô đun cuốn được thiết kế dựa trên các màng phẳng trong khi mô đun ống, môn đun mao quản hay mô đun sợi rỗng lại dựa trên các 4
cấu hình màng ống. Sự khác biệt giữa 3 loại mô đun này chủ yếu ở đường kính các ống (Bảng II.1.). Bảng II.1. Kích thước gần đúng của các loại màng ống Cấu hình màng Đường kính (mm) Ống >10.0 Mao quản 0.5 – 10.0 Sợi rỗng < 0.5 Nếu màng sợi rỗng/ ống được xếp lại cùng nhau trong một cấu trúc song song thì diện tích màng trên một đơn vị thể tích chỉ là hàm của các đường kính ống. Bảng II.2. chỉ ra diện tích riêng màng theo bán kính ống, minh họa rõ ràng sự khác nhau về diện tích riêng đối với các hệ thống màng ống (r ~ 5 mm) và hệ màng sợi rỗng (r ~ 50 µm = 0.05 mm). Bảng II.2. Diện tích bề mặt trên một đơn vị thể tích đối với một vài loại ống [3] Diện tích bề mặt trên 1 Bán kính ống (mm) đơn vị thể tích (m2/ m3) 5 360 0.5 3.600 0.05 36.000 Tuy nhiên, nói chung, một hệ thống không chỉ gồm một mô đun riêng lẻ mà phải gồm một số các mô đun được sắp xếp với nhau thành một hệ thống. Thực tế, mỗi ứng dụng kỹ thuật phải có thiết kế hệ thống riêng của nó tùy theo những yêu cầu riêng. Khi thiết kế mô đun màng cần thỏa mãn những yêu cầu sau: Dòng thấm qua màng lớn và đều (không có khu vực chết) - Bền nhiệt, hóa, cơ học - Kết cấu nhỏ gọn - Giá thành rẻ - Chi phí thay màng rẻ - Ít tổn thất áp suất - 5
Tính khả dụng của quá trình màng phụ thuộc vào việc thiết kế mô đun màng vì diện tích phân tách màng hiệu dụng chịu ảnh hưởng trực tiếp bởi cấu trúc mô đun màng. Mô đun khung – bản và mô đun ống là hai kiểu mô đun màng ra đời sớm nhất dựa trên công nghệ lọc đơn giản. Đến nay cả hai hệ thống vẫn còn ứng dụng, tuy nhiên giá thành cao và ít hiệu quả nên chủ yếu người ta sử dụng mô đun màng kiểu sợi rỗng và mô đun dạng quấn. 2.1. Mô đun màng phẳng 1.1.1. Mô đun khung bản Mô đun khung – bản là một trong những hệ thống màng đầu tiên, thiết kế của nó về cơ bản dựa trên những thiết bị lọc truyền thống. Cửa dẫn dịch vào và cửa lấy sản phẩm ra được đặt thành lớp giữa hai lớp cuối, như ở hình 2.2. Giá thành sản phẩm cao (so với các mô đun màng khác) cùng với sự rò rỉ ở những chỗ nối trong hệ thống đã hạn chế ứng dụng của hệ thống này ở những ứng dụng quy mô nhỏ. Hình 2.2. Mô đun màng khung bản Hình 2.3. Đường đi của các dòng trong mô đun khung bản 6
Loại mô đun khung bản có nhiều ưu điểm như các mảng màng được thay thế riêng rẽ, ít bị đóng cặn bẩn, có thể được sử dụng mà không cần keo dán. Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của nó là phải dùng nhiều bản phụ trợ. Ngoài ra khi chuy ển hướng dòng chảy trong mô đun gây ra tổn thất áp suất cao. Mô đun khung bản cũng có diện tích tương đối nhỏ (< 400m2/ m3). Mô đun màng khung bản có ứng dụng rộng rãi, như trong vi lọc, siêu lọc, thẩm thấu ngược, bay hơi qua màng và điện thẩm tích. 1.1.2. Mô đun hộp Ưu điểm: Ít dùng đệm hơn mô đun quấn - Tính chịu áp cao - Tổn thất áp suất phía trong thấp - Ít bị đóng cặn - Nhược điểm: Diện tích riêng nhỏ (< 400 m2/ m3) - Phải dùng đến keo để kết dính - Phạm vi ứng dụng: Thẩm thấu ngược, lọc nano, tách khí - 7
1.1.3. Mô đun quấn Mô đun màng quấn ban đầu được thiết kế chỉ để khử mặn của nước, nhưng do kiểu thiết kế nhỏ gọn và giá thành thấp đã khiến nó trở nên hấp dẫn với những ngành công nghiệp khác. Sau một loạt thử nghiệm và rất nhiều thất bại, mô đun quấn đã được thiết kế lại và có thể sử dụng trong rất nhiều ứng dụng công nghiệp, như đ ể làm sạch nước trong công nghiệp giấy và bột giấy, ở nhiệt độ và áp suất rất cao. Tuy nhiên, số công ty thực sự có thể và sẽ phát triển mô đun màng quấn cho nhiều ứng dụng khác nữa vẫn bị hạn chế. Hình 2.4. Mô đun màng quấn (Wagner, 2001, Membrane Filtration Handbook) Thiết kế màng quấn gồm các tấm màng và các tấm đệm (feed spacers) đ ược cuốn xung quanh một ống trung tâm có đục lỗ. Cấu tạo cơ bản của mô đun màng quấn được chỉ ra ở hình 2.4. Theo hình vẽ này, dịch đi vào theo hướng tâm và thấm qua các tấm màng. Một phần dịch sẽ thấm vào các tấm màng, còn nước trong thì chuyển động xoáy trong ống trung tâm và đi ra ngoài ở đầu kia qua ống thu. Những mô đun này được thiết kế nhằm làm giảm bề mặt màng nhiều nhất có thể trong một thể tích cho trước. Ở quy mô nhỏ, mô đun màng cuốn gồm một tấm màng đơn được bao quanh một ống thu. Trong mô đun có diện tích màng lớn, sử dụng tấm màng đơn có thể tạo ra chênh lệch áp suất lớn do đường đi của nước trong tới ống thu trung tâm dài hơn. Để giữ áp suất của mô đun ở mức có thể kiểm soát được, người ta dùng nhiều tấm màng ngắn hơn. 8
1.1.4. Ưu điểm của mô đun màng quấn Trong kỹ thuật thẩm thấu ngược (RO), lọc nano (NF) và siêu lọc (UF), phần lớn các mô đun màng được chế tạo theo thiết kế sợi rỗng hoặc dạng quấn. Độ nén chặt cao và giá thành sản xuất thấp là những yếu tố chính khiến những mô đun màng này có ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp (Bảng II.1). Mô đun khung bản và mô đun ống chỉ sử dụng trong một vài ứng dụng mà sự đóng cặn trên màng lớn, ví dụ, trong thực phẩm hay trong xử lý tạp chất nước công nghiệp bị nhiễm bẩn nặng. Việc ngăn chặn sự đóng cặn là một trong những yếu tố quyết định tính chọn lọc của mô đun. Nói chung, sự bám cặn là một vấn đề nghiêm trọng trong các quá trình phân tách lỏng như các quá trình thẩm thấu ngược, lọc nano và siêu lọc. Mặc dù các mô đun khung bản và mô đun ống có khả năng kiểm soát đóng cặn tốt hơn, nhưng những loại mô đun này chưa hoàn toàn thích hợp do giá thành cao, trừ quá trình phân tách gây bám cặn nghiêm trọng. So sánh giữa các mô đun sợi rỗng và mô đun màng quấn, ta thấy mô đun màng quấn ra đời nhằm thay thế mô đun sợi rỗng do chúng ngăn chặn việc bám cặn do đó làm giảm đáng kể chi phí cho tiền xử lý dòng dịch vào. So với một số mô đun màng khác, mô đun màng quấn có một số ưu điểm: - Diện tích riêng lớn (1000m2/ m3) - Chế tạo đơn giản, chi phí thấp - Tạo xoáy cục bộ nên tránh đóng cặn Nhược điểm: - Hiệu quả lấy nước trong không cao - Không thể xử lý với các chất rắn lơ lửng - Khó làm sạch - Phải dùng keo để kết dính Hình 2.5. Các dòng dịch đi trong Phạm vi ứng dụng: RO, NF, PV, GP mô đun quấn Bảng II.3. Đặc điểm các loại mô đun màng chính 9
Sợi rỗng Quấn Khung bản Ống Mô đun Chi phí sản xuất ($USD/ m ) 5 – 20 2 30 – 100 100 – 300 50 – 200 Diện tích riêng Thấp Thấp Cao Trung bình Khả năng chống bám cặn Rất kém Tốt Rất tốt Trung bình Tổn thất áp suất Thấp Cao Trung bình Trung bình Tính tương thích khi vận Khó thực Khó thực Có Có hành ở áp suất cao hiện hiện 2.2. Mô đun ống 2.1.1. Mô đun ống Một số màng ống được sắp xếp vào trong một cái vỏ và thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống. Dịch vào đi trong các lumen, còn nước trong thấm qua thành ống, và được thu ở phía ngoài gần vỏ. Dịch đặc còn lại được lấy ở cuối các ống khác. Hình 2.7. Mô đun màng gốm dạng ống (Kerasep – Techsep) 10
Hình 2.8. Hệ thống mô đun màng ống khi cắt. Đường kính ống 0.5 – 1 inches. Màng được đúc trong một ống hỗ trợ, phía ngoài là lớp vỏ PVC (Courtesy of J. L. Short, Koch Membrane System) Tóm tắt một số đặc điểm của mô đun màng ống: Màng được đúc trong một ống phụ trợ (Ống tăng bền) - Các màng ống có đường kính từ 6 – 24 mm - Dòng thường đi từ trong ra ngoài (inside – out) - Ưu điểm: Ít đóng cặn, dễ làm sạch, dễ xử lý được các chất rắn lơ lửng và các dòng dịch - có độ nhớt cũng như áp suất chuyển qua màng cao. Vận hành với dòng chảy xoáy - Trong mô đun có trở lực nhỏ - Nhược điểm: Diện tích riêng nhỏ (≤ 80 m2/ m3) - Yêu cầu không gian lớn - Khó thay màng và mất nhiều thời gian - Hệ thống ống với đường kính lớn (1 inch) tốn nhiều năng lượng - Khó chế tạo và chi phí đắt để thay đổi thiết kế ống - 11
Những ưu điểm của mô đun ống đôi khi lớn hơn những nhược điểm, nên mô đun màng vẫn có một vị trí trong ngành công nghiệp màng, tuy rằng khá nhỏ. Mô đun màng ống thương ứng dụng nhiều trong vi lọc, siêu lọc, thẩm thấu ngược một bậc. 2.1.2. Mô đun màng sợi rỗng Các kỹ thuật chuẩn bị màng đã được mô tả không còn được phát triển để sản xuất các loại màng phẳng. Tuy nhiên, những kỹ thuật này có thể được thay đ ổi đ ể sản xuất những loại màng ở dạng ống mỏng hay dạng sợi. Ưu điểm lớn nhất của loại màng sợi rỗng là có thể tạo các mô đun nhỏ gọn với diện tích bề mặt màng rất cao. Tuy nhiên, ưu điểm này lại tạo ra nhược điểm là tốc độ dòng thấp hơn so với các loại màng phẳng được tạo ra từ cùng loại vật liệu. Phần lớn các mô đun sợi r ỗng ứng dụng trong xử lý nước được sản xuất dựa trên các màng UF hoặc MF. Cũng như tên gọi, loại mô đun này bao gồm các màng sợi rỗng, đó là các ống dài và hẹp có thể được tạo chế tạo từ các vật liệu màng khác nhau nhau. Các sợi này có thể được bó lại theo một vài cách sắp xếp. Trong cấu hình chung được nhiều nhà sản xuất sử dụng, các sợi rỗng được bó lại với nhau theo chiều dài, cố định ở hai đầu và được bọc trong một lớp vỏ chịu áp như một phần của mô đun. Các mô đun này thường được đặt thẳng đứng, mặc dù đặt nằm ngang cũng có thể dùng được. Một kiểu tương tự như mô đun màng quấn ở đó cả hai được chèn vào trong vỏ chịu áp độc lập với bản thân mô đun. Mô đun này được đặt nằm ngang. Một cấu hình khác trong đó các sợi rỗng đã được bó lại với nhau được đặt nằm ngang và được nhúng chìm trong một cái bể mà không sử dụng vỏ chịu áp. Một mô đun sợi rỗng cơ bản có thể gồm một vài trăm cho tới hơn 10,000 sợi rỗng. Mặc dù các kích thước đặc trưng là khác nhau tùy theo nhà sản xuất, nhưng nhìn chung kích thước cơ bản của sợi rỗng như sau:  Đường kính ngoài : 0.5 – 2.0 mm  Đường kính trong : 0.3 – 1.0 mm  Độ dày thành sợi rỗng : 0.1 – 0.6 mm  Chiều dài sợi :1–2m Hình 2.6. Mặt cắt ngang sợi rỗng dưới kính hiển vi 12
Sự khác biệt giữa mô đun mao quản và mô đun sợi rỗng đơn giản là ở các kích thước vì các khái niệm mô đun là như nhau. Với các mô đun màng sợi rỗng, dung dịch đ ưa vào có thể đi bên trong sợi (“inside – out”) hoặc đi ở ngoài (“outside – in”) (hình 2.7). Trong thẩm thấu ngược (RO), dịch vào chủ yếu chảy theo hướng kính hoặc chảy song song dọc theo bó sợi, trong khi đó nước trong chảy qua cạnh thành của mỗi sợi. Mô đun sợi rỗng là dạng mô đun có diện tích bề mặt riêng cao nhất, có thể lên tới 30,000 m2/ m3. Hình 2.7. Mô đun màng sợi rỗng Tóm tắt một số đặc điểm của mô đun màng sợi rỗng: Ưu điểm: Năng lượng bơm thấp - Diện tích bề mặt riêng lớn (lớn nhất trong số các loại mô đun) - Có khả năng đạt được nồng độ địch đặc cao - Nhược điểm: Tính mỏng manh của các sợi màng - Không thể xử lý các chất rắn lơ lửng - Ứng dụng: UF, MF, thẩm tách - 13
2.1.3. Mô đun mao quản Mô đun mao quản cũng tương tự như mô đun màng sợi rỗng chỉ khác về kích th ước các mao quản. Thông thường đường kinh các mao quản màng khoảng từ 0.6 – 6 mm. Không như mô đun sợi rỗng, dòng dịch có thể đi trong ống hoặc đi ngoài ống, ở mô đun mao quản, dịch vào chảy trong tâm ống, nước trong sẽ thấm qua thành mao quản và được lấy ra ngoài. So với các mô đun ống, mô đun mao quản có diện tich riêng lớn hơn, giá thành chế tạo thấp hơn. Tuy nhiên dòng chảy trong mô đun là dòng chảy màng nên chuyển khối khó hơn và kém bền áp. Mô đun mao quản ứng dụng nhiều trong siêu lọc, tách khí, thẩm tách, bay hơi qua màng. 3. ỨNG DỤNG MÔ ĐUN MÀNG TRONG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ở VIỆT NAM 3.1. Hiện trạng nước thải tại Việt Nam Ở Việt Nam, nước thải sinh hoạt chiếm khoảng 80% là nguyên nhân chính gây ô nhiễm nước mặt và nước ngầm và xử lý nước thải đang là vấn đề cấp bách cần được đặt ra để từng bước cải thiện tình hình. Tại một số các thành phố lớn, thị xã và thị trấn chỉ một số khu vực dân cư có hệ thống cống rãnh thải nước thải sinh hoạt song hệ thống này thường dùng chung với hệ thống thoát nước mưa thải trực tiếp ra môi trường tự nhiên hoặc ao hồ hoặc sông suối hoặc thải ra biển. Hầu như không có hệ thống thu gom và trạm xử lý nước thải sinh hoạt riêng biệt. Một ví dụ điển hình là thành phố Hà Nội. Theo số liệu thống kê mới đây, trung bình một ngày Hà Nội thải 458000 m3 nước thải, trong đó 41% là nước thải sinh hoạt, 57% nước thải công nghiệp, 2% nước thải bệnh viện. Chỉ có khoảng 4% nước thải được xử lý. Phần lớn nước thải không được xử lý mà xả thẳng vào đường thải chung của thành phố. Không chỉ ở Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh mà ở các đô thị khác như Hải Phòng, Huế, Ðà Nẵng, Nam Ðịnh, Hải Dương... nước thải sinh hoạt cũng không được xử lý độ ô nhiễm nguồn nước nơi tiếp nhận nước thải đều vượt quá tiểu chuẩn cho phép (TCCP). Tại các vùng nông thôn, các cụm dân cư (làng, xã) tình hình vệ sinh môi trường còn đáng lo ngại hơn. Phần lớn các gia đình không có nhà xí hợp vệ sinh. Hầu hết nước thải sinh hoạt thải trực tiếp ra môi trường tự nhiên. 14
Về tình trạng ô nhiễm nước ở nông thôn và khu vực sản xuất nông nghiệp, hiện nay Việt Nam có gần 76% dân số đang sinh sống ở nông thôn là nơi cơ sở hạ tầng còn lạc hậu, phần lớn các chất thải của con người và gia súc không đ ược xử lý nên thấm xuống đất hoặc bị rửa trôi, làm cho tình trạng ô nhiễm nguồn nước về mặt hữu cơ và vi sinh vật ngày càng cao. Việc thu gom và xử lý nước thải tập trung đang còn gặp nhiều bất cập và hạn chế. Công tác xử lý nước thải chưa được đẩy mạnh, tại một số đô thị cũng có xây dựng một số trạm xử lý nước thải cục bộ cho các bệnh viện như (Hà Nội, Hải Phòng, Quảng Ninh, Huế, Ðà Nẵng...) nhưng do nhiều nguyên nhân như thiết kế, vận hành, bảo dưỡng, không có kinh phí... mà nhiều trạm xử lý sau một thời gian ngắn hoạt động đã xuống cấp và ngừng hoạt động. Ngoài ra, việc thu gom và xử lý nước thải tập trung còn có một số hạn chế sau: Chi phí đầu tư hệ thống thu gom và trạm xử lý nước thải cũng như chi phí vận - hành và bảo trì rất cao (trong đó 70% chi phí cho việc l ắp đ ặt đ ường ống). Ví d ụ, ở Nhật chi phí này khoảng 12-16 triệu USD/người; Tiêu tốn nhiều nước để rửa trôi và vận chuyển; - Dễ gây ô nhiễm nước ngầm do đường ống bị rò rỉ, khó kiểm tra; - Nước chưa được xử lý thu gom tại trạm xử lý dễ gây ô nhiễm môi trường và - nước mặt; Thậm chí sau khi xử lý, trạm xử lý hiện đại vẫn có thể tồn đọng các chất hoạt - động sinh học như hócmôn và kháng sinh; Khối lượng bùn lắng sau xử lý là rất lớn. - 3.2. Ðề xuất giải pháp Trước thực trạng đó, đã có rất nhiều phương pháp khác nhau trong xử lý nước thải. Bảng dưới đây cho một tổng quan về từng công nghệ và phương pháp. Trong thực tế tùy điều kiện địa phương, tài chính và chính sách mà ta có các chọn lựa có thể khác nhau. Bảng III.1. Các phương pháp xử lý nước thải Công nghệ xử lý Phương pháp xử lý Mục tiêu xử lý 15
- Tuyển nổi Tách các chất lơ lửng - Hấp phụ Hóa lý và khử màu - Keo tụ Xử lý sơ bộ - Oxy hóa Trung hòa và khử độc Hóa học nước thải. - Trung hòa - Song chắn rác Cơ học Tách các tạp chất rắn - Bể chắn rác và cặn lơ lửng - Bể lắng đợt 1 - Hồ sinh vật - Cánh đồng lọc, tưới - Kênh oxy hóa Tách các chất hữu cơ Sinh học dạng lơ lửng và hòa tan - Aroten - Bể lọc sinh học Xử lý - Bể lắng đợt 2 tập trung - Trạm trộn Clo Khử trùng nước trước Khử trùng - Máng trộn khi xả ra nguồn - Bể tiếp xúc - Bể Metan Xử lý - Sân phơi bùn Ổn định và làm khô nguồn cặn bùn cặn - Trạm xử lý cơ học - Bùn cặn Cơ học - Bể lọc cát Tách các chất lơ lửng - Bể aroten bậc 2 - Bể lọc sinh học bậc Xử lý 2 Sinh học Khử Nito và Phôtpho triệt để - Hồ sinh vật - Bể khử nitrat Khử Nito và Phôtpho và Hóa học - Bể oxy hóa các chất khác Hiện nay công nghệ xử lý nước thải bị ô nhiễm các hợp chất hữu cơ trên thế giới và Việt Nam chủ yếu là sử dụng các biện pháp sinh học, trong đó phương pháp 16
xử lý hiếu khí và xử lý kị khí là phổ biến nhất, với nguồn nước thải có mức độ ô nhiễm cao thông thường người ta xử lý kết hợp kị khí và hiếu khí. Xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí có rất nhiều hạn chế như: - Chỉ xử lý được nước thải có mức độ ô nhiễm thấp - Chi phí vận hành cho xử lý cao (tiền điện và hóa chất bổ sung) - Tính ổn định của hệ thống không cao - Tạo ra nhiều bùn thải. Đối với phương pháp xử lý kị khí thông thường thì cần phải thời gian dài, không xử lý được triệt để (nước thải ra chưa đạt tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 5945/2005-loại B), nước sau xử lý có mùi thối. Để khắc phục được các nhược điểm của công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí và kị khí nêu trên, và để phù hợp với các hạn chế của việc thu gom và xử lý nước thải, hiện nay ở Việt Nam đã ứng dụng quy trình công nghệ xử lý nước thải tại nguồn (sử dụng môdul nhúng chìm, với công nghệ màng lọc sinh học MBR- Membrance Bio Reactor), từng bước cải thiện chất lượng môi trường và nâng cao chất lượng cuộc sống. 3.3. Nguyên lý hoạt động chung Sau khi xử lý sơ bộ nước thải sẽ được vào bể sinh học có sử dụng mang lọc MBR. Tại đây nước thải sẽ được thấm xuyên qua vách màng vào ống mao dẫn nhờ những lỗ cực nhỏ từ 0.01 - 0.2micromet. Màng chỉ cho các phân tử nước đi qua, còn các chất hữu cơ, vô cơ...sẽ được giữ lại trên bề mặt của màng. Nước sạch sẽ theo ống ra ngoài bể chứa nhờ bơm hút (theo kiểu gián đoạn: cứ 10 phút chạy thì 1 - 2 phút ngừng, tuỳ theo hiệu chỉnh). Khi áp suất chân không vượt quá 50 kPa so với bình thường thì 2 bơm hút tự động ngắt, để bơm thứ 3 bơm rửa lọc ngược trở lại. Ưu điểm Chất lượng nước đảm bảo và ổn định - Giảm giá thành xây dụng nhờ không phải xây cụm lắng, lọc và khử trùng - Không dùng hoá chất - Tiết kiệm quỹ đất - Tiêu thụ điện năng ít - 17
Vận hành, bảo trì, bảo dưỡng thuận tiện... - Hình 3.1. Nguyên lý hoạt động Trước mắt phương pháp dùng bể sinh học màng MBR đã giúp chúng ta giải quyết được bài toán kinh tế mà vẫn cho hiệu quả cao. Vì thế phương pháp này có thể thay thế hoàn toàn phương pháp truyền thống rất tốn kém trước kia. 3.4. Một số ví dụ 4.1.1. Xử lý nước thải sinh hoạt Ở nước ta hiện nay việc xử lý chất thải từ các nhà vệ sinh thông thường được thông qua hệ thống bể phốt, tuy có đạt được một số kết quả nhất đ ịnh, song nhìn chung hệ thống xử lý này còn rất nhiều tồn tại như còn khoảng từ 60-70 cặn bã không phân hủy được, hàm lượng các kim loại nặng và chất BOD còn ở mức cao (lớn hơn 50 mg) và nhiều chất độc hại khác phải thải ra môi trường. Thiết bị Johkasou gồm phần vỏ được chế tạo bằng vật liệu Dicyclopentadiene– Polymer hoặc nhựa Composite kết hợp sợi hóa học, một máy bơm và 5 bể lọc khí, 2 bể lọc màng sinh học – vi sinh hiếm khí và một bể trữ nước đã qua xử lý, có khoang khử trùng bằng clo…Hệ thống thiết bị này được thiết kế gọn nhẹ, tối ưu nhằm đem lại cho chúng ta sự đơn giản trong lắp đặt và sử dụng. 18