Cùng với sự phát triển kinh tế - xã hội của đất nước, dân số ở các khu vực đô thị cũng tăng nhanh dẫn đến lượng nước thải sinh hoạt phát sinh ngày càng lớn. Tại một số khu vực, nước thải sinh hoạt phát sinh chưa được xử lý phù hợp nhưng vẫn xả thải trực tiếp ra môi trường. Nồng độ các thành phần ô nhiễm trong nước thải sinh hoạt cao gây ảnh hưởng xấu đến môi trường tiếp nhận và sức khỏe của cộng đồng dân cư xung quanh. Triết và ctv. (2008) ghi nhận xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học có nhiều ưu điểm, nhưng hiệu quả xử lý phụ thuộc vào tải nạp, tốc độ tiêu thụ chất hữu cơ, các dưỡng chất khác,…
Bể phản ứng giá thể di động (Moving bed biofilm reactor - MBBR) xử lý nước thải dựa vào sự hiện diện của lớp màng sinh học bám trên bề mặt các giá thể. Công nghệ MBBR được phát triển ở Na Uy từ thập niên 80 (Odegaard et al., 1994) và hoạt động dựa vào hệ vi sinh vật (VSV) ở trạng thái bám dính kết hợp với giá thể di động. Áp dụng công nghệ MBBR giá thể K1 xử lý nước thải sinh hoạt cho kết quả khả quan với hiệu suất xử lý COD đạt 81,7% và TN đạt 58,9% (Quỳnh, 2013). Sử dụng giá thể K3, Anh và ctv. (2017) xử lý nước thải sinh hoạt bằng bể MBBR cho hiệu suất xử lý 85,6% COD và 61,4% TN.
Yamamoto et al. (1989) đã thiết kế và đặt cột lọc màng vào bể phản ứng sinh học, sử dụng thiết bị tạo áp suất màng để duy trì khả năng lọc. Bố trí cột lọc màng trong bể xử lý nước thải hiếu khí có nhiều ưu điểm bởi lớp cặn và màng sinh học bám vào màng lọc được các bọt khí trong quá trình sục khí đánh bong ra. Đồng thời, cột lọc màng được gắn thêm một bộ phận rửa ngược làm giảm khả năng bị nghẹt. Nhờ đó cột lọc màng được ứng dụng khá phổ biến để xử lý nước thải.
Kết hợp bể MBBR và cột lọc màng có thể thay thế vai trò loại bỏ cặn của bể lọc nước đầu vào. Do đó, có thể bỏ bể lắng bậc hai giúp tiết kiệm diện tích xây dựng, chi phí lắp đặt và vận hành hệ thống xử lý nước thải. Cột lọc màng có thể sử dụng với nồng độ của hỗn hợp chất rắn lơ lửng (Mixed liquor suspended solids - MLSS) cao hơn hệ thống lọc thông thường, giúp giảm thể tích bể phản ứng (Zhang et al., 2017). Tawfik et al. (2010) kết hợp bể sinh học dòng chảy ngược qua tầng bùn yếm khí (Upflow Anaerobic Sludge Blanket - UASB) và bể MBBR để xử lý nước thải sinh hoạt cho hiệu suất xử lý COD tốt hơn nếu chỉ xử lý bằng bể UASB. Mai (2017) kết hợp quá trình xử lý sinh học liên tục sử dụng các hệ VSV yếm khí và hiếu khí (Anoxic Oxic - AO) và bể MBBR giá thể K3 để xử lý nước thải sinh hoạt đạt hiệu suất 93,1% COD, 96,2% BOD5 và 87,7% TN.
Từ các ưu điểm của bể MBBR và cột lọc màng, nghiên cứu này nhằm khảo sát thời gian lưu nước (HRT) phù hợp để xử lý nước thải sinh hoạt, góp phần bảo vệ nguồn nước mặt ở các khu vực dân cư.
Qua quá trình nghiên cứu, kết quả thu được là phương pháp xử lý bằng bể MBBR kết hợp với cột lọc màng là khả thi đối với nước thải sinh hoạt và có hiệu quả xử lý cao. Hiệu suất xử lý các thông số ô nhiễm của mô hình nghiên cứu khá cao đạt từ 68,9% đến 99,9% cho thí nghiệm với HRT 6 giờ, và từ 57,6% đến 99,2% cho thí nghiệm với HRT 5 giờ. Khi vận hành mô hình ở HRT 6 giờ thì tất cả các thông số ô nhiễm trong nước thải đầu ra đạt yêu cầu xả thải QCVN 14:2008/BTNMT (cột A), nhưng khi vận hành với HRT 5 giờ thì còn thông số N-NH4+ chưa đạt ngưỡng xả thải cho phép.
Để triển khai ứng dụng mô hình vào thực tế, cần chú ý việc vận hành với nước thải trực tiếp khó đạt hiệu suất xử lý tương đương với kết quả thu được trong phòng thí nghiệm. Vì vậy, để đảm bảo tính tin cậy và ổn định của mô hình nên chọn HRT 6 giờ để xử lý nước thải sinh hoạt khi ứng dụng thực tế.
Ngoài ra, cần tiến hành nghiên cứu thêm một số thông số vận hành khác như tuổi bùn, mật độ bùn, thời gian cần thực hiện rửa ngược tránh hiện tượng nghẹt cột lọc màng. |