Thiết kế màng MBR là một trong những yếu tố then chốt quyết định hiệu quả của công nghệ xử lý nước thải bằng MBR (Membrane Bioreactor). Trong bối cảnh ngày càng gia tăng nhu cầu xử lý nước thải hiệu quả và bền vững, công nghệ MBR đang nổi lên như một giải pháp ưu việt nhờ khả năng kết hợp giữa xử lý sinh học và màng lọc tiên tiến.
Việc thiết kế đúng sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất, tiết kiệm chi phí và nâng cao chất lượng nước đầu ra. Trong bài viết này, chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết về quy trình tính toán thiết kế màng MBR cho một hệ thống xử lý nước thải có công suất 300m3/ngày đêm.
1. Khái quát về công nghệ MBR và vai trò của thiết kế màng MBR
Công nghệ MBR là sự kết hợp giữa quá trình sinh học hiếu khí (xử lý vi sinh) và lọc màng siêu lọc (thường là màng sợi rỗng), tạo ra nước đầu ra có chất lượng cao, đáp ứng tiêu chuẩn xả thải hoặc tái sử dụng.
Trong đó, thiết kế màng MBR là một bước quan trọng, giúp xác định số lượng tấm màng, công suất bơm, lưu lượng khí cấp cũng như các thiết bị phụ trợ, nhằm đảm bảo hệ thống vận hành hiệu quả và ổn định trong thời gian dài. Một thiết kế hợp lý sẽ giúp giảm tải cho bể sinh học, kéo dài tuổi thọ màng và nâng cao hiệu quả xử lý nước thải.
2. Thông số thiết kế màng MBR cơ bản
Khi tiến hành thiết kế màng MBR, hai thông số kỹ thuật quan trọng cần được đặc biệt quan tâm là thông lượng (Flux) và áp suất xuyên màng (TMP):
- Thông lượng (Flux): Là lưu lượng nước qua mỗi mét vuông màng trong một đơn vị thời gian (thường tính bằng L/m².h hoặc m³/tấm/ngày). Thông lượng giúp xác định diện tích màng cần thiết, ảnh hưởng trực tiếp đến số lượng tấm màng sử dụng và kích thước bể màng. Đây là yếu tố then chốt trong mọi dự án thiết kế màng MBR.
- Áp suất xuyên màng (TMP): Là độ chênh áp giữa hai phía của màng (mặt ngoài và mặt trong), thể hiện mức độ cản trở dòng nước qua màng. TMP tăng cao là dấu hiệu cho thấy màng bị tắc nghẽn hoặc bám bẩn, cần được vệ sinh hoặc thay thế. Việc kiểm soát TMP tốt là một trong những mục tiêu chính khi thiết kế màng MBR.
Một số các thông số kỹ thuật thiết kế và vận hành cơ bản cần nắm khi triển khai hệ thống thiết kế màng MBR như:
- Công suất xử lý: 300 m³/ngày đêm – là lưu lượng nước thải mà hệ thống cần xử lý mỗi ngày.
- Loại nước thải: sinh hoạt – đặc trưng bởi hàm lượng chất hữu cơ, chất rắn lơ lửng và vi sinh vật.
- Loại màng sử dụng: màng sợi rỗng với kích thước lỗ khoảng 0.03 µm – cho phép loại bỏ hiệu quả chất rắn và vi sinh.
- Diện tích màng: 25 m²/tấm – diện tích bề mặt lọc trên mỗi mô-đun màng.
- Cơ chế lọc: từ ngoài vào trong (outside-in) – giúp giảm bám bẩn và dễ làm sạch.
- Thông lượng thiết kế (Flux): 14 m³/tấm/ngày – thể hiện công suất tối đa mà mỗi tấm màng có thể xử lý mỗi ngày.
- Áp suất xuyên màng (TMP): < 0.5 kg/cm² – chỉ số quan trọng đánh giá khả năng dòng nước đi qua màng, TMP càng cao chứng tỏ màng càng bẩn.
- Chế độ hoạt động: 10 phút hút – 1 phút rửa ngược – giúp duy trì ổn định lưu lượng và làm sạch bề mặt màng định kỳ.
- Lưu lượng khí cấp: 0.167 Nm³/phút/tấm (không vượt quá 0.33 Nm³/phút) – đảm bảo sục khí đủ để làm sạch bề mặt màng và cung cấp oxy cho vi sinh vật.
- Tần suất rửa bảo trì (MC): 3 ngày/lần – sử dụng hóa chất nhẹ để duy trì hiệu suất màng.
- Tần suất rửa phục hồi (RC): 6 tháng/lần – áp dụng khi hiệu suất giảm mạnh, dùng hóa chất mạnh hơn để làm sạch sâu.
Những thông số này không chỉ giúp xác định kích thước và số lượng màng, mà còn ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả xử lý, chi phí vận hành và tuổi thọ hệ thống.
3. Tính toán thiết kế màng MBR cho hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt công suất 300 m3/ngđ
3.1. Tính toán số lượng tấm màng MBR cần thiết
Áp dụng công thức trong thiết kế màng MBR:
Số lượng tấm màng = Q / Flux = 300 / 14 = 21.43 tấm
Làm tròn lên, ta chọn 22 tấm màng để đảm bảo an toàn thiết kế màng MBR.
3.2. Tính toán lưu lượng và thiết bị kèm theo
Việc tính toán thiết kế màng MBR không chỉ dừng lại ở việc xác định số tấm màng, mà còn cần tính toán đầy đủ các thiết bị vận hành:
Công suất trung bình theo giờ:
Q = 300 m3/ngày = 12.5 m3/giờ
Bơm hút màng:
Lưu lượng = 12.5 x 1.5 = 18.75 m3/h
Nên chọn 2 bơm (1 hoạt động, 1 dự phòng) với công suất khoảng 20 m3/h, cột áp 10 mH2O. Đây là lựa chọn quan trọng trong thiết kế màng MBR để duy trì áp lực và lưu lượng ổn định.
Bơm rửa ngược (Backflush):
Q = 22 tấm x 25 m2/tấm x 30 L/m2.h / 1000 = 16.5 m3/h
Áp lực vận hành: < 0.1 kg/cm2.
Bơm rửa hóa chất (Maintenance Cleaning – MC):
Q = 22 x 25 x 6 / 1000 = 3.3 m3/h
Cũng cần thiết kế hệ 3 van hoặc biến tần để kiểm soát lưu lượng, đây là yếu tố thường được tính đến trong các bước thiết kế màng MBR chi tiết.
Lưu lượng khí cấp cho màng:
Q = 22 x 0.167 = 3.67 Nm3/phút
Không vượt quá 7.26 Nm3/phút để đảm bảo tuổi thọ màng và hiệu quả khí động học trong thiết kế màng MBR.
4. Các thiết bị phụ trợ cần lắp đặt
Trong hệ thống thiết kế màng MBR, các thiết bị phụ trợ đóng vai trò then chốt trong việc đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, hiệu quả và dễ kiểm soát. Dưới đây là các thiết bị cần lắp đặt kèm theo chức năng cụ thể:
- Cảm biến áp suất và mức nước: Dùng để đo áp suất xuyên màng (TMP) và mực nước trong bể màng. Đây là hai chỉ số quan trọng phản ánh tình trạng làm việc của màng và khả năng hút nước.
- Đồng hồ lưu lượng điện từ hoặc cơ học: Giúp theo dõi và điều chỉnh lưu lượng hút nước qua màng và lưu lượng rửa ngược. Điều này giúp duy trì thông số vận hành ổn định và phát hiện bất thường kịp thời.
- Hệ thống sục khí trung tâm: Cung cấp khí để khuấy trộn và làm sạch bề mặt màng, ngăn cặn bám và tăng hiệu quả lọc. Ngoài ra, khí còn cung cấp oxy cho vi sinh vật trong quá trình xử lý sinh học.
- Thiết bị đo MLSS: Theo dõi nồng độ bùn hoạt tính trong bể sinh học. Giữ nồng độ MLSS trong giới hạn phù hợp là điều kiện tiên quyết để đạt hiệu quả xử lý tối ưu.
Bảng tổng hợp các thông số thiết kế màng MBR công suất 300 m3/ng.đ
| Nội dung | Giá trị |
|---|---|
| Diện tích màng mỗi tấm | 25 m² |
| Số lượng màng | 22 tấm |
| Chế độ vận hành | 10 phút hút / 1 phút rửa |
| Bơm hút | 18.75 m3/h |
| Bơm rửa ngược | 16.5 m3/h |
| Bơm rửa hóa chất | 3.3 m3/h |
| Lưu lượng khí cấp | 3.67 Nm3/phút |
| TMP vận hành | <0.5 kg/cm2 |
| Tần suất rửa MC | 3 ngày/lần |
| Tần suất rửa RC | 6 tháng/lần |
Việc thiết kế màng MBR cho hệ thống xử lý nước thải 300 m3/ngày đêm đòi hỏi sự tính toán chi tiết, đảm bảo từ việc lựa chọn loại màng, số lượng tấm, lưu lượng bơm đến khí cấp đều phù hợp với đặc tính dòng thải và mục tiêu vận hành. Với phương án sử dụng màng sợi rỗng có thông số phù hợp, hệ thống không chỉ đảm bảo hiệu suất lọc cao mà còn giảm thiểu chi phí vận hành nhờ khả năng tiết kiệm năng lượng và giảm bảo trì.
Tài liệu tham khảo: Màng lọc PURON MBR
Xem thêm: Màng MBR là gì? Ưu nhược điểm và ứng dụng trong xử lý nước thải
Xem thêm: 5+ Sự cố hệ thống MBR thường gặp: Nguyên nhân và biện pháp khắc phục
Dịch vụ xử lý chất thải – Công ty TNHH Công nghệ môi trường Hòa Bình Xanh
Bạn có nhu cầu xử lý nước thải với hệ thống màng MBR, hãy đến với chúng tôi:
Công ty TNHH Công nghệ môi trường Hòa Bình Xanh với đội ngũ thạc sỹ, kỹ sư giàu kinh nghiệm đã đầu tư nghiên cứu, đánh giá kỹ lưỡng các công nghệ xử lý và tìm các phương án xử lý chất lượng tốt nhất, chi phí hợp lý trong thời gian ngắn nhất. Sự hiểu biết và tận tâm của đội ngũ là yếu tố quan trọng giúp chúng tôi đảm bảo hiệu quả và an toàn cho từng dự án.
Quý doanh nghiệp có nhu cầu hợp tác công ty hãy liên hệ với chúng tôi qua hotline 0943.466.579 để nhận được sự hỗ trợ nhanh nhất và tận tình nhất.
Nhận xét bài viết!