Công nghệ MBR xử lý nước thải bằng màng sinh học: nguyên lý, ưu nhược điểm

MBR (Membrane Bioreactor, bể sinh học màng) là công nghệ kết hợp bùn hoạt tính với màng lọc vi lọc hoặc siêu lọc. Module màng đặt ngập trong bể sinh học, còn bơm hút nước trong đi qua màng. Màng giữ lại bùn và vi khuẩn, nên không cần bể lắng thứ cấp. Nước sau xử lý trong hơn hẳn so với công nghệ lắng truyền thống.

Nguyên lý hoạt động

1. Nước thải sau tiền xử lý (lọc rác tinh, điều hòa) đi vào bể thiếu khí để khử nitrat nếu cần khử nitơ.
2. Sang bể MBR có sục khí. Vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ và nitrat hóa amoni như bể hiếu khí thông thường.
3. Bơm hút tạo áp suất âm, kéo nước qua các lỗ màng rất nhỏ. Bùn, cặn lơ lửng và phần lớn vi khuẩn bị giữ lại.
4. Sục khí rửa màng liên tục ở chân module, giúp bong lớp cặn bám trên bề mặt màng.
5. Định kỳ rửa ngược và rửa hóa chất (NaOCl, axit citric) để khôi phục khả năng lọc.

Thông số tham khảo

Thông số	Giá trị tham khảo
Kích thước lỗ màng	khoảng 0,04 – 0,4 µm (vi lọc/siêu lọc)
Nồng độ bùn (MLSS) trong bể màng	8.000 – 12.000 mg/L
Thông lượng lọc	khoảng 10 – 30 L/m²·giờ
Tiền xử lý	lọc rác tinh 1 – 3 mm, bắt buộc

Thông số phụ thuộc hãng màng (sợi rỗng hay tấm phẳng) và nhiệt độ. Khi thiết kế phải theo catalogue của hãng.

Ưu điểm

• Nước ra rất tốt. Tài liệu của US EPA ghi nhận các trạm MBR đạt BOD và TSS dưới 2 mg/L. Nước này có thể tái sử dụng để tưới cây, rửa đường.
• Tiết kiệm diện tích: không cần bể lắng, và bùn đặc hơn nên bể sinh học nhỏ hơn.
• Chất lượng nước ra ít phụ thuộc vào khả năng lắng của bùn, vì không còn lo bùn nổi hay bùn khó lắng.
• Dễ tự động hóa, phù hợp đặt trong tầng hầm tòa nhà hoặc module hợp khối.

Nhược điểm

• Chi phí đầu tư và vận hành cao hơn công nghệ truyền thống: tiền màng, điện sục khí rửa màng, hóa chất rửa.
• Tắc màng (fouling) là vấn đề cố hữu. Thiếu tiền xử lý hoặc để dầu mỡ, tóc, sợi vải lọt vào sẽ làm hỏng màng rất nhanh.
• Màng có tuổi thọ giới hạn, nên cần dự trù chi phí thay màng theo khuyến cáo của hãng.
• Đòi hỏi kỹ thuật viên vận hành hiểu quy trình rửa màng và theo dõi áp suất hút (TMP).

Lưu ý vận hành

• Theo dõi áp suất hút (TMP) mỗi ngày. TMP tăng nhanh là dấu hiệu cần rửa màng.
• Không bao giờ tắt sục khí rửa màng khi bơm hút đang chạy.
• Duy trì lọc rác tinh hoạt động tốt. Đây là “bảo hiểm” rẻ nhất cho màng.

Câu hỏi thường gặp

MBR có loại được vi khuẩn không? Màng giữ lại phần lớn vi khuẩn, nhưng vẫn nên khử trùng trước khi xả hoặc tái sử dụng để đảm bảo an toàn.

Có thể nâng cấp trạm cũ sang MBR không? Có. Đây là cách phổ biến để tăng công suất trạm cũ mà không phải xây thêm bể, vì MBR chạy được ở nồng độ bùn cao.

Màng dùng được bao lâu? Tùy hãng và cách vận hành. Vận hành đúng quy trình rửa thì tuổi thọ màng kéo dài đáng kể. Hãy hỏi thông số bảo hành cụ thể khi chọn màng.

Tài liệu tham khảo

• US EPA, Wastewater Management Fact Sheet: Membrane Bioreactors, EPA 832-F-07-015, 2007. epa.gov
• Judd, S., The MBR Book, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, 2011.
• Metcalf & Eddy (AECOM), Wastewater Engineering: Treatment and Resource Recovery, 5th ed., McGraw-Hill, 2014.