Ứng dụng MBBR Media trong xử lý nước thải công nghiệp và đô thị|Nghiên cứu trường hợp Malaysia

Ứng dụng thực tế của MBBR Media trong xử lý nước thải công nghiệp và đô thị

Giới thiệu

Vật liệu MBBR (Lò phản ứng màng sinh học di chuyển) đã được sử dụng rộng rãi trong các dự án xử lý nước thải đô thị và công nghiệp trên toàn thế giới do hiệu suất xử lý hoàn thiện và khả năng thích ứng tốt. Trong lĩnh vực xử lý nước thải đô thị, công nghệ này thường được sử dụng để nâng cấp, cải tạo các nhà máy xử lý hiện có nhằm đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải nghiêm ngặt hơn; trong khi ở các kịch bản công nghiệp, nó có thể đối phó một cách hiệu quả với các đặc điểm về thành phần chất ô nhiễm phức tạp và sự biến động lớn về tải trọng của nước thải công nghiệp. Bài viết này sẽ tìm hiểu các trường hợp ứng dụng thực tế của vật liệu MBBR và hiệu quả xử lý đạt được trong các tình huống khác nhau, tập trung vào bối cảnh xử lý nước thải ở Malaysia và các ví dụ kỹ thuật để chứng minh tính thực tiễn và tính kinh tế của công nghệ này.

Tổng quan về nền công nghiệp xử lý nước thải của Malaysia

Là một quốc gia Đông Nam Á, Malaysia được thiên nhiên ưu đãi với nguồn tài nguyên nước dồi dào, thậm chí có nơi còn xuất khẩu nước ngọt sang các nước láng giềng từ lâu. Tuy nhiên, trong những năm gần đây, bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như tăng trưởng dân số đô thị, phát triển công nghiệp nhanh chóng và nâng cao nhận thức về môi trường, việc xử lý nước thải ở Malaysia đang phải đối mặt với những thách thức nghiêm trọng và nhu cầu cấp thiết. Từ góc độ hiện trạng của ngành, một số khu vực ở Malaysia gặp phải những vấn đề như xả nước thải trực tiếp, cơ sở xử lý lạc hậu và hiệu quả xử lý không đủ. Trong số đó, nhiều nơi như Johor và Sarawak đã chứng kiến ​​tình trạng ô nhiễm sông ngày càng trầm trọng do xả thải bất hợp pháp từ các nhà máy ven biển và xả nước thải sinh hoạt không được kiểm soát của người dân, và thậm chí cả các cuộc khủng hoảng cấp nước thường xuyên. Chỉ riêng ở Johor, lượng nước uống lãng phí hàng ngày lên tới 1,173 tỷ lít, điều này càng làm trầm trọng thêm mâu thuẫn giữa cung và cầu nước.

Để cải thiện chất lượng môi trường nước, chính phủ Malaysia đã liên tục cải thiện các luật và quy định bảo vệ môi trường. Trong số đó, Quy định về Chất lượng Môi trường (Nước thải) năm 2009 đã xây dựng các tiêu chuẩn xả nước thải nghiêm ngặt (Tiêu chuẩn A: BOD₅ Nhỏ hơn hoặc bằng 20 mg/L, COD Nhỏ hơn hoặc bằng 50 mg/L, Chất rắn lơ lửng Nhỏ hơn hoặc bằng 50 mg/L), đưa ra yêu cầu cao hơn về hiệu quả xử lý của các nhà máy xử lý nước thải hiện có. Đồng thời, Malaysia đã từng bước tăng cường đầu tư xây dựng và cải tạo các cơ sở xử lý nước thải. Một mặt, thúc đẩy việc xây dựng hệ thống xả nước thải tập trung. Ví dụ, Kuching đã đầu tư rất nhiều vào việc xây dựng hệ thống xả nước thải tập trung, xử lý nước thải tập trung theo từng giai đoạn trước khi xả ra sông, dần dần cải thiện tình trạng ô nhiễm sông. Mặt khác, tích cực giới thiệu các công nghệ xử lý nước thải hiệu quả. Với lợi thế về diện tích sàn nhỏ, chu kỳ cải tạo ngắn, hiệu quả xử lý cao và chi phí vận hành có thể kiểm soát được, công nghệ MBBR đã trở thành công nghệ được ưa chuộng để nâng cấp và cải tạo các nhà máy xử lý nước thải đô thị ở Malaysia và được sử dụng rộng rãi trong nhiều dự án xử lý nước thải trong khu vực. Ngoài ra, Malaysia cũng thúc đẩy việc xử lý chất thải rắn và ô nhiễm nhựa trong những năm gần đây để giảm lượng khí thải gây ô nhiễm tại nguồn, giảm bớt gánh nặng xử lý nước thải và hình thành một hệ thống quản lý bảo vệ môi trường toàn diện về "kiểm soát nguồn + cuối{12}}xử lý-đường ống".

Các trường hợp ứng dụng của MBBR Media trong xử lý nước thải đô thị

(1) Trường hợp cải tạo nhà máy xử lý nước thải đô thị ở Châu Âu

Trong xử lý nước thải đô thị, một kịch bản ứng dụng phổ biến của phương tiện MBBR là nâng cấp và cải tạo các nhà máy xử lý bùn hoạt tính. Nhiều nhà máy xử lý cũ đang phải đối mặt với những thách thức do yêu cầu loại bỏ nitơ và phốt pho ngày càng nghiêm ngặt. Bằng cách bổ sung môi trường MBBR vào các bể sục khí hiện có, khả năng lưu giữ sinh khối có thể được tăng lên mà không cần mở rộng thể tích bể phản ứng. Ví dụ, một nhà máy xử lý nước thải đô thị ở Châu Âu với công suất xử lý thiết kế là 50.000 dân số tương đương (PE) đã sử dụng môi trường MBBR để cải tạo tăng cường quá trình nitrat hóa. Trước khi cải tạo, hiệu suất loại bỏ nitơ amoni của nhà máy chỉ đạt 75%, không đạt tiêu chuẩn xả thải 5 mg/L; sau khi lắp đặt môi trường MBBR với diện tích bề mặt riêng 800 m2/m³, tốc độ loại bỏ nitơ amoniac tăng lên hơn 95% và nồng độ nitơ amoniac nước thải được kiểm soát ổn định dưới 3 mg/L. Dự án cải tạo có thời gian ngừng xây dựng ngắn và chi phí vận hành chỉ tăng 10%, điều này phản ánh đầy đủ tính kinh tế của MBBR media trong việc nâng cấp và cải tạo các nhà máy xử lý nước thải đô thị.

(2) Trường hợp cải tạo Nhà máy xử lý nước thải khu vực Kuala Sawah ở Malaysia

Với sự gia tăng dân số đô thị và các quy định bảo vệ môi trường ngày càng nghiêm ngặt ở Malaysia, công nghệ MBBR cũng dần được áp dụng để nâng cấp các nhà máy xử lý nước thải đô thị. Nhà máy xử lý nước thải khu vực Kuala Sawah (RSTP) ở Negeri Sembilan, do Indah Water Konsortium (IWK) vận hành, cần khẩn cấp cải thiện hiệu quả xử lý để đáp ứng các tiêu chuẩn xả thải nghiêm ngặt trong Quy định về chất lượng môi trường (nước thải) của Malaysia năm 2009. Nhà máy ban đầu áp dụng quy trình mương oxy hóa, xử lý 59.000 m³ nước thải và 260 m³ bùn phân mỗi ngày, phục vụ dân số 320.000 người PE. Tuy nhiên, hiệu quả loại bỏ nitơ của nó không ổn định và các chỉ tiêu nước thải thường không đạt tiêu chuẩn trong thời gian cao điểm, không phù hợp với nhu cầu cấp thiết về quản lý môi trường nước tại địa phương.

Để giải quyết các vấn đề trên mà không cần mở rộng diện tích sàn hiện có (hạn chế chính ở khu vực thành thị), nhà máy đã thực hiện dự án cải tạo môi trường MBBR vào năm 2023. Môi trường MBBR 37 với diện tích bề mặt riêng 800 m2/m³ chiếm 25% thể tích lò phản ứng đã được bổ sung vào vùng hiếu khí của mương oxy hóa. Dự án cải tạo được thực hiện theo từng giai đoạn, mỗi giai đoạn hoàn thành trong vòng 10 ngày, hạn chế tối đa ảnh hưởng đến hoạt động vận hành. Hệ thống MBBR đã cải thiện đáng kể khả năng lưu giữ sinh khối, đặc biệt là làm giàu vi khuẩn nitrat hóa (Nitrospira spp.), nâng cao khả năng của cây trồng trong việc đối phó với những biến động về tải trọng hữu cơ và tải lượng nitơ, đồng thời giải quyết hiệu quả vấn đề loại bỏ nitơ không ổn định của quy trình ban đầu.

(3) So sánh hiệu quả xử lý trước và sau cải tạo

Bảng 1 dưới đây tóm tắt hiệu quả xử lý của Kuala Sawah RSTP trước và sau khi cải tạo MBBR, so sánh với giới hạn xả thải theo Tiêu chuẩn A của Malaysia để tham khảo.

Có thể thấy từ Bảng 1 rằng việc cải tạo MBBR đã cải thiện đáng kể hiệu quả xử lý của nhà máy. Tất cả các chỉ số chính đều đáp ứng và vượt tiêu chuẩn xả thải Tiêu chuẩn A của Malaysia một cách ổn định, trong đó tốc độ loại bỏ nitơ amoniac tăng hơn 20 điểm phần trăm, giải quyết triệt để vấn đề nước thải không đạt tiêu chuẩn trong thời kỳ phụ tải cao điểm. Ngoài ra, hệ thống MBBR còn giảm lượng bùn dư thừa 28%, giảm chi phí xử lý bùn hàng tháng khoảng 25.000 Ringgit Malaysia (RM). Nhờ thiết kế tiết kiệm năng lượng của hệ thống MBBR, chi phí vận hành chỉ tăng 8%, khiến hệ thống này trở thành giải pháp tiết kiệm và hiệu quả cho việc nâng cấp và cải tạo nhà máy, đồng thời cung cấp tài liệu tham khảo khả thi cho việc cải tạo các nhà máy xử lý nước thải cũ khác ở Malaysia.

Các trường hợp ứng dụng của MBBR Media trong xử lý nước thải công nghiệp

(1) Trường hợp xử lý nước thải của nhà máy chế biến sữa Bắc Mỹ

Trong lĩnh vực công nghiệp, môi trường MBBR đã được ứng dụng thành công trong xử lý nhiều loại nước thải công nghiệp. Ví dụ, nước thải chế biến thực phẩm thường chứa hàm lượng chất hữu cơ cao (COD lên tới 10.000 mg/L) và chất béo, rất khó xử lý hiệu quả bằng các quy trình truyền thống. Một nhà máy chế biến sữa ở Bắc Mỹ đã áp dụng hệ thống MBBR để xử lý nước thải sản xuất. Lò phản ứng chứa đầy 30% thể tích vật liệu MBBR hình trụ và thời gian lưu thủy lực được kiểm soát ở mức 8 giờ. Kết quả vận hành cho thấy tỷ lệ loại bỏ COD đạt 92% và tỷ lệ loại bỏ BOD₅ đạt 94%, tốt hơn đáng kể so với hiệu suất của quá trình bùn hoạt tính ban đầu (tỷ lệ loại bỏ COD là 78%); đồng thời, lượng bùn dư thừa được giảm 30%, giúp giảm chi phí xử lý bùn một cách hiệu quả và cân bằng giữa hiệu quả xử lý và tính kinh tế.

(2) Trường hợp xử lý nước thải của một nhà máy dược phẩm Châu Á

Một kịch bản ứng dụng điển hình khác là xử lý nước thải dược phẩm. Nước thải như vậy có chứa các hợp chất hữu cơ độc hại và khó xử lý, rất khó xử lý. Một nhà máy dược phẩm Châu Á đã áp dụng hệ thống kết hợp môi trường MBBR và Quy trình oxy hóa nâng cao (AOP) để xử lý nước thải. MBBR được sử dụng làm đơn vị-xử lý sơ bộ để loại bỏ chất hữu cơ có thể phân hủy sinh học, giảm khối lượng xử lý của các AOP tiếp theo và tránh tác động của các chất độc hại lên các quy trình tiếp theo. Lò phản ứng MBBR đạt tỷ lệ loại bỏ COD là 65% đối với nước thải dược phẩm. Sau khi xử lý bằng quy trình kết hợp, nồng độ COD nước thải cuối cùng dưới 50 mg/L, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải của địa phương. Việc áp dụng môi trường MBBR cũng cải thiện tính ổn định của hệ thống xử lý, làm giảm tác động của các chất độc hại đến quá trình xử lý và đảm bảo-hệ thống xử lý hoạt động ổn định lâu dài.

So sánh hiệu suất hệ thống MBBR trong các kịch bản ứng dụng khác nhau

Bảng 2 dưới đây so sánh hiệu suất của hệ thống MBBR trong các tình huống ứng dụng khác nhau được mô tả trong bài viết này, nêu bật tính linh hoạt và khả năng thích ứng của công nghệ này, đồng thời cung cấp tài liệu tham khảo cho việc lựa chọn kỹ thuật cho các loại dự án xử lý nước thải khác nhau.

Phần kết luận

Các trường hợp ứng dụng thực tế nêu trên cho thấy môi trường MBBR là công nghệ phổ biến và hiệu quả, phù hợp cho cả xử lý nước thải đô thị và công nghiệp. Nó có ưu điểm là chịu tải hữu cơ cao, chịu tải sốc mạnh, có thể hợp tác và tích hợp với các quy trình xử lý khác, khiến nó trở thành giải pháp ưu tiên để giải quyết các vấn đề xử lý nước thải phức tạp. Đặc biệt ở Malaysia, kết hợp với nhu cầu xử lý nước thải hiện tại của địa phương-cần phải nâng cấp các cơ sở cũ, các ràng buộc nghiêm ngặt về tiêu chuẩn xả thải và nhu cầu cân bằng không gian sàn và chi phí vận hành-việc áp dụng công nghệ MBBR đã giải quyết một cách hiệu quả các điểm yếu trong xử lý nước thải tại địa phương, cung cấp hỗ trợ kỹ thuật hiệu quả và kinh tế cho quản lý môi trường nước ở Malaysia, đồng thời cũng cung cấp kinh nghiệm thực tế quý giá cho các dự án xử lý nước thải ở các khu vực tương tự.

Hãy liên hệ với Rachel để thảo luận thêm!

WhatsApp:+86 137 9555 6548

Email:[email protected]