Sử dụng giá thể tự do MBBR xử lý nước thải trong sản xuất giấy bao bì

Sản xuất bền vững

03/10/2021

Giá thể sinh học tự do (MBBR - Moving Bed Biofilm Reactor) đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong xử lý nước thải. Ưu điểm của phương pháp này là dễ áp dụng do không phải cải tạo phần cứng các hệ thống đang vận hành.

Công nghiệp giấy đang có những đóng góp quan trọng cho nền kinh tế với 1,5% giá trị GDP, kim ngạch xuất khẩu trên 1 tỷ USD. Trong đó, cơ cấu sản xuất giấy bao bì chiếm tới 80% giá trị toàn ngành. Mặc dù có những bước tăng trưởng đáng kể, ngành giấy cũng đang phải đối mặt với nhiều thách thức về môi trường. Việc tìm các biện pháp đảm bảo sản xuất bền vững, ít phát thải luôn được các doanh nghiệp giấy quan tâm.

Trong xử lý nước thải công nghiệp, sử dụng giá thể sinh học tự do (MBBR - Moving Bed Biofilm Reactor) là phương pháp thường thấy trong một số ngành sản xuất. Ưu điểm của phương pháp này là dễ áp dụng, chi phí không quá lớn do không yêu cầu sự cải tạo phần cứng các hệ thống đang vận hành.

Hiện nay, sử dụng MBBR để xử lý nước thải đang khá phổ biến trong một số ngành công nghiệp như sản xuất mía đường, sản xuất bia, và cả trong quá trình xử lý nước thải, nước rỉ rác. Tuy nhiên MBBR chưa được thử nghiệm hay ứng dụng trong xử lý nước thải sản xuất giấy, đặc biệt là sản xuất giấy bao bì.

Từ thực tế đó, nhóm nhà khoa học thuộc Viện Công nghiệp giấy và xenluylô đã tiến hành nghiên cứu nhằm lựa chọn giá thể tự do phù hợp cho xử lý nước thải sản xuất giấy bao bì. Nghiên cứu được thực hiện với sự hỗ trợ kinh phí từ Bộ Công Thương.

Theo chủ nhiệm đề tài TS. Nguyễn Thị Thu Hiền, ưu điểm của việc sử dụng MBBR là kết hợp được ưu thế của cả hai quá trình: bùn hoạt tính và màng sinh học. MBBR có khả năng chịu được nồng độ sinh khối cao, thời gian lắng nhanh. Đồng thời MBBR có khả năng phục hồi nhanh trong các điều kiện bị sốc tải hoặc nhiễm độc tố. Khi dòng nước thải lưu thông với điều kiện được sục khí, giá thể cũng được chuyển động. Sự tiếp xúc màng lọc trên giá thể sinh học liên tục giúp kiểm soát sự phát triển của màng sinh học.

Hình ảnh thí nghiệm. Ảnh: Viện CN Giấy và Xenluylô.

Để thực hiện nghiên cứu này, nhóm nghiên cứu đã tiến hành khảo sát lấy thông số đặc trưng các bể xử lý nước thải của các cơ sở sản xuất giấy bao bì điển hình. Đồng thời lựa chọn mẫu nước thải phù hợp từ các doanh nghiệp, trong đó có Công ty cổ phần giấy bao bì Vạn Điểm.

Qua khảo sát đánh giá, nhóm đã tuyển lựa năm mẫu giá thể MBBR có đặc tính biểu hiện phù hợp với xử lý nước thải sản xuất giấy. Trên cơ sở các mẫu được lựa chọn, nhóm nghiên cứu tiến hành tạo màng trên giá thể trước khi bắt đầu thí nghiệm.

Thí nghiệm được tiến hành theo hai hướng. Hướng thứ nhất nhằm lựa chọn giá thể phù hợp. Hướng thí nghiệm thứ hai nhằm đánh giá chất lượng nước và hiệu suất xử lý của bể phản ứng với giá thể được lựa chọn.

Theo đó, nhóm nghiên cứu đổ đầy mẫu nước thải vào các bình phản ứng chứa giá thể, cấp khí 24/24 với tốc độ 2 lít/phút. Duy trì pH 6,8-7,5; nhiệt độ ổn định 25-28 độ C. Tỷ lệ dinh dưỡng C:N:P là 100:5:1. Thời gian thí nghiệm là 7 ngày để đánh giá chất lượng nước hoặc 30 ngày để lựa chọn giá thể phù hợp. Các mẫu sinh khối, giá thể dính bám màng và mẫu nước thải thu được sau quá trình này được đem đi phân tích, đánh giá tối ưu hóa thông số vận hành bằng phần mềm.

Giá thể trong mẫu nước thí nghiệm. Ảnh: Viện CN Giấy và Xenluylô.

Kết quả quan sát màng dính bám qua kính hiển vi điện tử thường và điện tử quét SEM cho thấy trong năm mẫu giá thể có hai mẫu thể hiện tốt sự phát triển màng sinh học với lớp màng bám dày, rõ ba lớp hiếu khí trên cùng một giá thể.

Phân tích mẫu nước qua xử lý của hai loại giá thể này, các thông số cũng chứng minh khả năng xử lý tốt. Hệ số xử lý trung bình BOD của hai giá thể lần lượt đạt được từ 89,63% - 90,44%; hiệu suất xử lý trung bình COD đạt được từ 94,74% - 94,84%. Chất lượng nước sau xử lý đạt chuẩn QCVN 12:2015/BTNMT.

Mẫu nước chưa xử lý (trái) và nước đã qua xử lý (phải). Ảnh: Viện CN Giấy và Xenluylô.

Với kết quả này, TS. Nguyễn Thị Hiền cho biết nhóm nghiên cứu rất lạc quan về tiềm năng xử lý nước thải sản xuất giấy bao bì qua sử dụng giá thể MBBR. Hiện một số doanh nghiệp đã tiếp cận để được tư vấn công nghệ. Đây cũng là cơ sở để nhóm tiếp tục mở rộng nghiên cứu trên quy mô rộng hơn tại các nhà máy sản xuất giấy bao bì.

An Nhiên

Tags: