Công nghệ màng lọc sinh học MBR (Membrane Bio-Reactor) ra đời như một giải pháp đột phá, khắc phục hiệu quả những nhược điểm này và mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành xử lý nước thải.

 

Trong bối cảnh đô thị hóa và công nghiệp hóa ngày càng gia tăng, vấn đề xử lý nước thải hiệu quả và bền vững trở thành một thách thức cấp bách. Các phương pháp xử lý truyền thống đôi khi gặp giới hạn về hiệu quả loại bỏ ô nhiễm, diện tích xây dựng lớn và chất lượng nước đầu ra chưa đáp ứng được các tiêu chuẩn khắt khe, đặc biệt là cho mục đích tái sử dụng. Công nghệ màng lọc sinh học MBR (Membrane Bio-Reactor) ra đời như một giải pháp đột phá, khắc phục hiệu quả những nhược điểm này và mở ra một kỷ nguyên mới cho ngành xử lý nước thải.

MBR là sự kết hợp tinh hoa giữa quá trình xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính và quá trình lọc vật lý bằng màng vi lọc (MF) hoặc siêu lọc (UF). Công nghệ này không chỉ nâng cao đáng kể chất lượng nước sau xử lý mà còn tối ưu hóa không gian và quy trình vận hành, dần khẳng định vị thế là một trong những công nghệ xử lý nước thải tiên tiến và hiệu quả nhất hiện nay.

1. Màng MBR là gì?

Về bản chất, hệ thống MBR là một hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học hiếu khí, trong đó bể lắng thứ cấp truyền thống được thay thế hoàn toàn bằng module màng lọc. Nước thải sau khi qua các công đoạn xử lý sơ bộ sẽ được đưa vào bể phản ứng sinh học (bioreactor). Tại đây, các vi sinh vật hiếu khí trong bùn hoạt tính sẽ phân hủy các chất hữu cơ ô nhiễm.

Điểm khác biệt cốt lõi nằm ở giai đoạn tách pha rắn-lỏng. Thay vì dựa vào trọng lực để lắng bùn như công nghệ bùn hoạt tính truyền thống (CAS - Conventional Activated Sludge), hệ thống MBR sử dụng màng lọc với kích thước lỗ màng siêu nhỏ (thường từ 0.01 đến 0.4 micromet). Màng lọc này hoạt động như một hàng rào vật lý tuyệt đối, giữ lại toàn bộ bùn hoạt tính, vi khuẩn, vi rút và các chất rắn lơ lửng trong bể phản ứng, chỉ cho phép nước sạch đã qua xử lý thẩm thấu qua.

Nước sau khi đi qua màng MBR có chất lượng rất cao, gần như loại bỏ hoàn toàn các chất rắn lơ lửng (SS), vi sinh vật gây bệnh, đạt tiêu chuẩn xả thải nghiêm ngặt hoặc có thể trực tiếp tái sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như tưới cây, rửa đường, làm mát...

 

2. Cấu tạo của Hệ thống MBR

Một hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ MBR điển hình thường bao gồm các thành phần chính sau:

Bể tiền xử lý: Loại bỏ rác thô, cát, dầu mỡ để bảo vệ các thiết bị phía sau, đặc biệt là màng lọc. Các công trình thường gặp là song chắn rác, bể lắng cát, bể tách dầu mỡ.

Bể điều hòa: Điều hòa lưu lượng và nồng độ chất ô nhiễm trong nước thải đầu vào, đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định.

Bể phản ứng sinh học hiếu khí (Bioreactor): Đây là trái tim của quá trình xử lý sinh học. Bể được cấp khí liên tục để duy trì điều kiện hiếu khí cho vi sinh vật hoạt động, phân hủy chất hữu cơ. Điểm đặc trưng của bể này trong hệ thống MBR là khả năng duy trì nồng độ bùn hoạt tính (MLSS - Mixed Liquor Suspended Solids) rất cao, thường gấp 2-5 lần so với hệ thống CAS.

Module Màng MBR: Đây là thành phần quyết định hiệu quả tách lọc của hệ thống. Module màng thường được đặt ngập trực tiếp trong bể phản ứng sinh học (cấu hình MBR ngâm/chìm - submerged MBR) hoặc đặt ở một bể riêng biệt bên ngoài (cấu hình MBR dòng chảy ngang/đặt ngoài - sidestream MBR).

Vật liệu màng: Thường được chế tạo từ các loại polymer cao cấp như PVDF (Polyvinylidene fluoride), PES (Polyethersulfone), PE (Polyethylene), PS (Polysulfone)... có độ bền cơ học, hóa học và khả năng chống tắc nghẽn tốt.

 

Cấu trúc màng: Phổ biến nhất là dạng sợi rỗng (hollow fiber) và dạng tấm phẳng (flat sheet). Mỗi dạng có ưu nhược điểm riêng về diện tích bề mặt lọc, khả năng chống tắc nghẽn, phương pháp làm sạch và chi phí.

Hệ thống hút/bơm thấm: Tạo ra áp suất âm (lực hút) hoặc áp suất dương để hút nước sạch đã qua xử lý xuyên qua màng lọc.

Hệ thống sục khí: Cung cấp oxy cho quá trình sinh học và tạo dòng chảy rối quanh bề mặt màng để giảm thiểu tắc nghẽn (fouling) do bùn bám dính.

Hệ thống rửa màng: Bao gồm các quy trình rửa ngược (backwash) định kỳ bằng nước sạch hoặc hóa chất (CIP - Cleaning In Place) để loại bỏ các chất bám dính, khôi phục hiệu suất lọc của màng.

Bể chứa nước sau xử lý: Thu gom nước sạch sau khi qua màng lọc.

 

3. Ưu điểm nổi bật của Màng MBR trong xử lý nước thải

Công nghệ MBR mang lại nhiều lợi ích vượt trội so với các phương pháp xử lý nước thải truyền thống:

Chất lượng nước sau xử lý vượt trội: Đây là ưu điểm lớn nhất. Nhờ hàng rào vật lý là màng lọc với kích thước lỗ siêu nhỏ, MBR loại bỏ gần như hoàn toàn chất rắn lơ lửng (SS < 1 mg/L), vi khuẩn (Coliforms, E.coli), và cả virus. Chất lượng nước đầu ra rất ổn định, độ đục thấp, đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải khắt khe nhất (như QCVN 14:2008/BTNMT Cột A, QCVN 40:2011/BTNMT Cột A) và hoàn toàn có thể tái sử dụng cho nhiều mục đích.

Tiết kiệm diện tích xây dựng đáng kể: Việc loại bỏ bể lắng thứ cấp và khả năng vận hành ở nồng độ MLSS cao cho phép giảm đáng kể thể tích bể phản ứng sinh học. Tổng diện tích xây dựng của hệ thống MBR có thể chỉ bằng 30-50% so với hệ thống bùn hoạt tính truyền thống có cùng công suất xử lý. Điều này đặc biệt quan trọng đối với các dự án có quỹ đất hạn chế như trong khu đô thị, nhà máy hiện hữu cần nâng cấp công suất.

Nồng độ sinh khối (MLSS) cao, hiệu quả xử lý sinh học tăng cường: Màng MBR cho phép duy trì nồng độ MLSS trong bể sinh học cao hơn nhiều (thường từ 8.000 - 15.000 mg/L) so với hệ thống bùn hoạt tính truyền thống (2.000 - 4.000 mg/L). Nồng độ MLSS cao giúp tăng cường hiệu quả xử lý sinh học (đặc biệt là khử Nitơ và Photpho), giảm thể tích bể phản ứng cần thiết và tăng khả năng chống chịu sốc tải (biến động đột ngột về lưu lượng hoặc nồng độ ô nhiễm).

Giảm lượng bùn thải phát sinh: Do bùn được giữ lại hoàn toàn trong hệ thống và tuần hoàn trong thời gian dài (SRT - Sludge Retention Time cao), quá trình phân hủy nội bào diễn ra mạnh mẽ hơn, dẫn đến lượng bùn dư cần xử lý giảm khoảng 30-50% so với phương pháp truyền thống, tiết kiệm chi phí xử lý bùn.

Quy trình vận hành ổn định và linh hoạt: Hệ thống MBR ít bị ảnh hưởng bởi sự biến động của chất lượng nước đầu vào và khả năng lắng của bùn. Quá trình tách pha được kiểm soát hoàn toàn bởi màng lọc, đảm bảo chất lượng nước đầu ra luôn ổn định. Hệ thống cũng dễ dàng được tự động hóa, giảm yêu cầu về nhân lực vận hành.

Khả năng nâng cấp hệ thống hiện hữu dễ dàng: MBR có thể được tích hợp vào các hệ thống xử lý nước thải bùn hoạt tính truyền thống hiện có để nâng cao công suất và chất lượng nước đầu ra mà không cần mở rộng diện tích xây dựng quá nhiều.

 

4. Ứng dụng của Công nghệ Màng MBR

Với những ưu điểm vượt trội, công nghệ MBR ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực:

Xử lý nước thải sinh hoạt đô thị: Từ các trạm xử lý quy mô nhỏ, phân tán cho các khu dân cư, tòa nhà, đến các nhà máy xử lý nước thải tập trung quy mô lớn.

Xử lý nước thải công nghiệp: Đặc biệt hiệu quả cho các ngành có nước thải chứa nồng độ ô nhiễm hữu cơ cao, khó phân hủy hoặc yêu cầu chất lượng nước sau xử lý cao như:

• Công nghiệp thực phẩm và đồ uống.

• Công nghiệp hóa chất, dược phẩm.

• Công nghiệp dệt nhuộm.

• Công nghiệp giấy và bột giấy.

• Nước rỉ rác từ các bãi chôn lấp.

Xử lý nước thải cho các cơ sở đặc thù: Bệnh viện, khách sạn, khu nghỉ dưỡng, trung tâm thương mại, sân bay... nơi có yêu cầu cao về chất lượng nước và hạn chế về diện tích.

Các dự án tái sử dụng nước: Chất lượng nước sau xử lý MBR rất phù hợp cho các mục đích tái sử dụng như tưới tiêu nông nghiệp, cảnh quan, làm mát công nghiệp, bổ cập nước ngầm, thậm chí xử lý tiếp để làm nước cấp cho các mục đích không uống được.

Nâng cấp, cải tạo các hệ thống xử lý nước thải hiện hữu: Tăng công suất và cải thiện chất lượng nước đầu ra mà không cần mở rộng diện tích.

Công nghệ màng MBR đại diện cho một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực xử lý nước thải. Bằng cách kết hợp hiệu quả quá trình sinh học và lọc màng, MBR mang đến giải pháp xử lý toàn diện với chất lượng nước vượt trội, tiết kiệm diện tích, vận hành ổn định và tiềm năng tái sử dụng nước cao. Mặc dù chi phí đầu tư ban đầu và yêu cầu quản lý tắc nghẽn màng là những yếu tố cần cân nhắc, những ưu điểm nổi bật về hiệu quả xử lý và tính bền vững đã giúp màng MBR trở thành lựa chọn hàng đầu cho nhiều dự án xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp trên toàn thế giới, góp phần quan trọng vào việc bảo vệ nguồn nước và môi trường sống. Việc hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ưu điểm của màng MBR là chìa khóa để ứng dụng thành công công nghệ tiên tiến này vào thực tiễn.

THÔNG TIN LIÊN HỆ:

CÔNG TY TNHH CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG VÀ TƯ VẤN NGUYỄN HOÀNG

Hotline: 0966 505 225

Website: nguyenhoangenvi.com

Fanpage: https://www.facebook.com/MBR.NGUYENHOANG.ENVI