TRƯỜNG ĐẠI HỌC SÀI GỊN
SAIGON UNIVERSITY
TẠP CHÍ KHOA HỌC
SCIENTIFIC JOURNAL
ĐẠI HỌC SÀI GÒN
OF SAIGON UNIVERSITY
Số 80 (02/2022)
No. 80 (02/2022)
Email: ; Website: />
ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ PHẢN ỨNG SINH HỌC KỴ KẾT HỢP MÀNG
CHƯNG CẤT CHÂN KHÔNG (AnVMDBR) ĐỂ XỬ LÝ NƯỚC THẢI CHO
MỤC ĐÍCH TÁI SỬ DỤNG NƯỚC
Application of Anaerobic Vaccum Membrane Distillation Bioreactor
(AnVMDBR) for Wastewater Treatment and Water Reuse
TS. Nguyễn Thị Hậu(1), PGS.TS. Nguyễn Công Nguyên(2), ThS. Dương Thị Giáng Hương(3),
ThS. Nguyễn Thị Cúc(4), ThS. Nguyễn Thị Bảo Dung(5), ThS. Nguyễn Hoàng Phương(6)
(1), (2), (4), (5)Trường

Đại học Đà Lạt

(3)Trường

Đại học Sài Gịn

(6)Trường

Đại học Tây Ngun

TĨM TẮT
Trong nghiên cứu này, một mơ hình tiên tiến kết hợp giữa bùn hạt kỵ khí với chưng cất màng chân
khơng (AnVMDBR) đã được thiết kế để xử lý nước thải. Kết quả thực nghiệm cho thấy, kích thước lỗ

màng tối ưu cho màng MD trong mơ hình AnVMDBR là 1 µm với thơng lượng dịng nước thấm là 3,21
L/m2 h, hiệu suất xử lý COD đạt 99.32%, hiệu suất xử lý NH4+ đạt 96,54% và hiệu suất xử lý PO43- đạt
95.66%. Ngoài ra, khi tăng tải trọng hữu cơ từ OLR1 = 1.36 KgCOD/m3 ngày đến OLR5 = 2.44
KgCOD/m3 ngày thì nồng độ COD đầu ra của mơ hình AnVMDBR cũng tăng tương ứng từ 17 mg/L
đến 19 mg/L và sản lượng khí mêtan thu được tăng từ 415 mL CH4/ngày lên đến 712 mL CH4/ngày.
Từ khóa: bùn hạt kỵ khí, màng chưng cất chân không (VMD), tái sử dụng nước thải, thông lượng thấm,
xử lý chất hữu cơ
ABSTRACT
In this study, a novel anaerobic vaccum membrane distillation bioreactor (AnVMDBR) was designed
for wastewater treatment. The results show that the MD pore size of 1 µm was the optimum condition to
achieve the water flux of 3.21 L/m2 h, the COD removal of 99.32%, the NH4+ removal of 96.54% và
PO43- removal of 95.66%. In addition, the effulent COD concentration of AnVMDBR increased from 17
mg/L to 19 mg/L, and the biogas yield increased from 415 mL CH4/day to 712 mL CH4/day when
increasing organic loading rate from OLR1 = 1.36 KgCOD/m3 day to OLR5 = 2.44 KgCOD/m3 day.
Keywords: Anaerobic granular sludge, vaccumm membrane distillation, wastewater reuse, water flux,
organic treatment

xử lí nước cũng như tái sử dụng nước được
chú trọng và ngày càng được phát triển theo
hướng bền vững mơi trường. Trong đó,
cơng nghệ phản ứng sinh học màng (MBR)
đã được ứng dụng nhiều cho xử lý nước
thải và tái sử dụng nước ở nhiều quốc gia

1. Đặt vấn đề
Ngày nay tốc độ đơ thị hóa tỉ lệ thuận
với sự gia tăng dân số, ô nhiễm nước thải
trở nên nghiêm trọng và mức độ tiêu dùng
nước đã gia tăng vượt ngoài mức bền vững
của nhiều quốc gia [1-2]. Các nghiên cứu

Email:

13


SCIENTIFIC JOURNAL OF SAIGON UNIVERSITY

No. 80 (02/2022)

trên thế giới. Cụ thể, Atanasova và cộng sự
(2017) đã nghiên cứu khả năng xử lý nước
thải khách sạn của hệ thống MBR và cho
kết quả xử lý tổng cacbon hữu cơ (TOC)
cao (95%) trong suốt 180 ngày vận hành
[3]. Một nghiên cứu khác của Nguyen và
cộng sự (2020) cũng đã chứng minh rằng
hệ thống MBR có thể xử lý nước thải sinh
hoạt đạt hiệu suất cao với hiệu quả lại bỏ
COD trong khoảng 92% - 98% [4]. Mặc dù,
hệ thống MBR có khả năng xử lý nước cho
tái sử dụng nhưng quá trình này yêu cầu sử
dụng năng lượng cao để cung cấp oxy cho
vi sinh vật hiếu khí và sục khí nhằm giảm
bẩn màng. Để tăng cường xử lý nước thải
đạt chất lượng cao, kỹ thuật màng lọc nano
(NF) và thẩm thấu ngược (RO) đã được đề
nghị áp dụng. Ernest và cộng sự (1999) đã
sử dụng màng NF để xử lý tăng cường cho
nước thải sau quá trình sinh học và cho hiệu
quả xử lý các bon hữu cơ hòa tan (DOC) rất

cao (DOC<3mg/L) [5]. Tuy nhiên, việc sử
dụng hệ màng NF làm gia tăng chi phí tiêu
thụ năng lượng tới 60 – 150% cho quá trình
xử lý nước thải [6].
Để vượt qua những thách thức này,
màng chưng cất (MD) được xem như một
công nghệ tiềm năng cho xử lý nước thải
và tái sử dụng [7-8]. Dựa trên động lực
điều khiển nhiệt, màng MD chỉ cho phép
hơi nước đi qua màng và giữ lại tồn bộ
các chất ơ nhiễm trong nước thải [9-10].
Về mặt lý thuyết, màng MD có thể đạt hiệu
quả xử lí gần như tuyệt đối, bên cạnh đó,
năng lượng tiêu dùng có thể giảm đến mức
tối thiểu nhờ vào nguồn nhiệt của năng
lượng mặt trời, nhiệt thừa của khu công
nghiệp hoặc nhiệt thu hồi từ các chất thải
trong nước thải (biogas) [11]. Li và cộng
sự (2019) [12] đã nghiên cứu xử lý nước
thải chứa dầu mỡ bằng công nghệ chưng
cất màng trực tiếp kết hợp với xúc tác

quang hóa, kết quả thí nghiệm cho thấy
hiệu quả loại bỏ 99.5% dầu mỡ và các chất
hữu cơ bay hơi. Cũng trong năm này,
nhóm nghiên cứu của Yao đã sử dụng bể
phản ứng sinh học kỵ khí chưng cất màng
(AnMDBR) cho xử lý nước thải và thu hồi
khí biogas [11]. Kết quả nghiên cứu cho
thấy hệ AnMDBR đạt được 99.99% hiệu

quả loại bỏ các muối vô cơ trong suốt 7
ngày vận hành ở nhiệt độ 45 – 65 0C và sản
lượng biogas thu được là 0,14 L/g COD
được loại bỏ [11]. Tuy nhiên hệ thống
AnMDBR này sử dụng bùn sinh học truyền
thống dạng bông nên một số lượng lớn bùn
được tiếp xúc trực tiếp với màng MD gây
ra vấn đề bẩn màng nhanh. Trong khi đó,
bùn hạt có tỷ trọng lớn nên bùn hạt khơng
bị trơi theo nước đầu ra, do đó bùn ít tiếp
xúc màng MD. Vì thế sử dụng bùn hạt
trong hệ MD làm giảm hiện tượng bẩn
màng trong quá trình vận hành. Cho đến
nay, chưa có nhóm nghiên cứu nào sử dụng
kết hợp bùn hạt kỵ khí với chưng cất màng
chân không (AnVMDBR) cho xử lý và tái
sử dụng nước thải.
Nghiên cứu này được thực hiện nhằm
giải quyết ba vấn đề chính: (i) Xác định
kích thước lỗ màng MD phù hợp nhất cho
quá trình xử lý nước thải của hệ
AnVMDBR để đạt được thơng lượng dịng
nước thấm cao; (ii) Đánh giá khả năng xử
lý COD, PO43- và NH4+ của mơ hình
AnVMDBR ở các tải trọng hữu cơ khác
nhau; (iii) Khảo sát mức độ bẩn màng và
sự thay đổi thông lượng thấm theo thời
gian nhằm đưa ra thời gian vận hành và rửa
màng cho mơ hình AnVMDBR.
2. Thực nghiệm

2.1. Bùn hạt kỵ khí
Bùn hạt kỵ khí giống được lấy từ bể
phản ứng sinh học kỵ khí của hệ thống xử
lý nước sản xuất giấy ở phía bắc của Đài
14


NGUYỄN THỊ HẬU và cộng sự

TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GÒN

Loan. Bùn được bảo quản theo đúng tiêu
chuẩn tại phịng thí nghiệm kỹ thuật mơi
trường – Trường Đại học Đà Lạt, trước khi
sử dụng bùn hạt kỵ khí được đem ra để ở
nhiệt độ phòng trong vòng một ngày. Sau
đó, bùn hạt kỵ khí được đưa vào cột phản
ứng với nồng độ bùn (MLSS) là 10 g/L và
nâng dần nhiệt độ ở mức 5o C/ngày để bùn
kỵ khí thích nghi dần.
2.2. Màng MD
Trong nghiên cứu này, màng được làm

bằng vật liệu Polytetrafluoroethylene
(PTFE) có xuất xứ từ Đài Loan đã được sử
dụng cho các thí nghiệm. Cấu tạo của 1
tấm màng bao gồm 2 lớp: lớp màng hoạt
tính và lớp hỗ trợ (lớp đệm). Hai lớp này
dính vào nhau, lớp hỗ trợ có tác dụng làm
tăng độ bền nhiệt và độ bền cơ học cho lớp

màng hoạt tính. Màng MD với kích thước
3 lỗ màng khác nhau được dùng để đánh
giá khả năng xử lý. Tính chất của màng
MD được thể hiện trong bảng 1.

Bảng 1. Các thông số về màng MD
Đơn vị Màng MD 1

STT

Thông số

Màng MD 2

Màng MD 3

1

Kích thước lỗ rỗng màng

µm

0,10

0,45

1,00

2


Chiều dày lớp màng hoạt tính

mm

0,20

0,20

0,55

3

Góc tiếp xúc

o

125 ± 4

4

Chiều dày lớp hỗ trợ

mm

-

5

Độ rỗng


%

80

6

Vật liệu màng

-

Polytetrafluoroethylene (PTFE)

7

Vật liệu đệm

-

Polyester (PET)
(Nguồn: Công ty Sáng tạo Ray-E, Đài Loan)

(C12H22O11) để đạt nồng độ COD từ 2500
mg/L đến 4500 mg/L. Thành phần nước
thải giả lập được pha với tỉ lệ C:N:P =
350 : 5 :1. Tải trọng hữu cơ (OLR) của
mơ hình AnVMDBR được thể hiện ở
bảng 2.

2.3. Dung dịch nước thải đầu vào
Nước thải đầu vào trong nghiên cứu

là nước thải giả lập được pha từ nước cấp,
các khoáng, vi lượng như MnSO4.H2O,
ZnSO4.7H2O, CaCl2.2H2O, FeCl2.2H2O,
NaHCO3 và các hợp chất hữu cơ

Bảng 2. Nồng độ COD đầu vào và tải trọng hữu cơ vận hành cho mô hình AnVMDBR
STT

COD vào, mg/L

OLR, Kg/m3 day

1

2500

1,36

2

3000

1,63

3

3500

1,90


4

4000

2,17

5

5000

2,44

15


SCIENTIFIC JOURNAL OF SAIGON UNIVERSITY

No. 80 (02/2022)

Tải trọng hữu cơ được tính tốn theo
cơng thức sau:
OLR = COD (kg/m3) x Q (m3/ngày)/
V bể (m3)
(1)
2.4 Mơ hình thí nghiệm AnVMDBR
Hệ thống AnVMDBR ở quy mơ phịng
thí nghiệm được thiết kế gồm 2 phần
chính: cột phản ứng kỵ khí và mơ đun
màng VDM (hình 1). Phần cột phản ứng
chứa bùn hạt kỵ khí với thể tích hiệu dụng

là 1,6 L và phần mô đun VMD với chiều
dài x chiều rộng là 15 x 40 cm, diện tích
màng là 225 cm2. Cột phản ứng chứa bùn

hạt kỵ khí được làm bằng nhựa PVC có
đường kính x chiều cao là 5,6 x 65 cm,
phần này bao gồm bể chứa nước thải đầu
vào, thiết bị gia nhiệt và sensor nhiệt để
điều chỉnh nhiệt độ đầu vào như thiết kế.
Phần mô đun VMD bao gồm một cặp tấm
nhựa đối xứng làm bằng vật liệu acrylic có
hai kênh dẫn dịng nước nóng và dịng hơi
nước nóng qua màng và bể làm lạnh có
kích thước đường kính x chiều cao là 40 x
50cm. Ngồi ra, hệ AnVMDBR cịn có bể
chứa nước thải đầu vào, bể ngưng tụ và bể
chứa nước sau xử lý.

Hình 1. Sơ đồ hệ thống AnVMDBR trong quá trình xử lý nước thải cho tái sử dụng
Nước thải được bơm (bơm While
Blue, Mỹ) vào cột phản ứng chứa bùn hạt
kỵ khí và được điều khiển bởi phao trong
cột phản ứng, dịng tuần hồn trong cột

phản ứng sinh học kỵ khí sau khi được gia
nhiệt độ 60 oC (bể gia nhiệt cao x đường
kính: 0,5 cm x 0,6 cm, Việt Nam) sẽ được
bơm vào cột với tốc độ 0.9 m/h, tuần hoàn
16



NGUYỄN THỊ HẬU và cộng sự

TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GỊN

dịng nước nước được gia nhiệt nhằm giúp
cho bùn hạt kỵ khí được di chuyển liên tục
trong bể phản ứng sinh học và tiếp xúc đều
với dòng nước thải đưa vào. Lưu lượng
dịng bơm tuần hồn trong cột phản ứng
sinh học kỵ khí là 2,21 L/h và lưu lượng
trung bình nước thải đầu vào là 0.045 L/h.
Nước thải sau khi qua lớp bùn hạt kỵ khí sẽ
được xử lý một phần COD, NH4+ và PO43nhờ hệ vi sinh vật ở phía dưới cột. Phần
nước trong đi lên trên cột sẽ được bơm vào
mơ hình VMD. Tại đây, do tính chất kỵ
nước của màng MD chỉ có hơi nước nóng
đi qua màng cịn lại các chất ơ nhiễm được
giữ lại ở trên màng và được đưa trở lại cột
phản ứng. Sử dụng bơm hút chân không để
hút hơi nước nóng qua màng và đưa vào bể
ngưng tụ ở nhiệt độ 20°C nhằm thu nước
sạch cho tái sử dụng. Lượng khí biogas sản
sinh ra từ q trình phân hủy kỵ khí sẽ
được hấp thụ vào dung dịch kiềm và phần
khí mê tan sẽ được thu vào túi chứa khí và
thể tích khí mê tan được đo theo phương
pháp thể tích khí chiếm chỗ trong nước.
Trong mơ hình AnVMDBR, ảnh hưởng
của lỗ rỗng màng được thực hiện với màng

PTFE MD có 3 kích thước lỗ rỗng khác
nhau: 0,1, 0,2 và 1 µm. Tải trọng hữu cơ
trong mơ hình AnVMDBR được tăng dần
dần từ OLR1 = 1,36 Kg/m3 ngày đến
OLR5 = 2,44 Kg/m3 ngày. Khi nâng tải
trọng hữu cơ thì cho bể phản ứng sinh học
kỵ khí thích nghi trong 10 ngày để hiệu quả
xử lý COD, PO43- và NH4+ ổn định, sau đó
kết nối mơ hình màng MD để tính tốn
hiệu quả xử lý của hệ AnVMDBR. Nước
thải sau xử lý của cột bùn hạt kỵ khí được
bơm vào mơ đun VMD với lưu lượng 1,8
L/phút và thời gian lưu nước của mơ hình
AnVMDBR dao động trong khoảng 24 –
26 giờ phụ thuộc vào lưu lượng nước đi
qua màng MD. Lấy mẫu nước trong bể

ngưng tụ để đo thể tích nước thấm và phân
tích các thơng số chất lượng nước như
TDS, COD, PO43-, NH4+, pH. Khi màng
MD bị bẩn (sau 7 ngày vận hành), lấy
màng MD ra khỏi mơ hình và tiến hành rửa
nhẹ bằng dòng nước máy trong khoảng 10
phút, tiếp theo rửa lại bằng nước cất trong
khoảng 1 phút và để màng khô tự nhiên ở
điều kiện nhiệt độ phịng.
2.5. Phương pháp tính tốn và đo đạc
Thơng lượng nước thấm qua màng
MD được tính tốn theo cơng thức sau:
(2)

Trong đó Jw là thơng lượng dịng nước
thấm qua màng MD (L/m2 h), V: thể tích
nước thấm (L), A: diện tích màng, và t:
thời gian chạy mơ hình (h)
Hiệu suất xử lý:

(3)

Cin và Ceff là nồng độ của chất ô nhiễm
(NH4+, PO43-, COD, TDS) đầu vào và đầu
ra của mơ hình xử lý (mg/L).
Hàng ngày đo thể tích khí mê tan sinh
ra nhằm xác định sản lượng khí mê tan thu
được (L/ngày) từ mơ hình AnVMDBR.
Nồng độ COD, PO43- và NH4+ được phân
tích theo phương pháp Standard Methods
(APHA, 2005) [13]. TDS và pH được đo
đạc lần lượt bằng máy pH meter (HANNA
instrument) và máy conductivity meter
(Oakton Instruments, USA).
3. Kết quả và thảo luận
3.1. Khảo sát ảnh hưởng kích thước
lỗ màng trong mơ hình AnVMDBR
Kết quả nghiên cứu chỉ ra rằng kích
thước lỗ màng càng cao thì thơng lượng
dịng nước thấm đạt được càng lớn (hình
2). Ngun nhân có thể là do kích thước lỗ
rỗng màng lớn tạo ra những khoảng trống
lớn hơn cho hơi nước đi qua màng. Khi đó
17



SCIENTIFIC JOURNAL OF SAIGON UNIVERSITY

No. 80 (02/2022)

lượng hơi nước đi qua màng nhiều hơn và
thông lượng nước thấm đạt được tăng lên.
Tại thời gian vận hành 12 h, ở kích thước
lỗ màng 1 m cho thông lượng nước thấm

cao nhất với Jw= 3.21 L/m2 h, tiếp theo lỗ
màng 0,2 m cho thông lượng nước thấm
Jw= 2.61 L/m2 h và thấp nhất là lỗ màng
0.1 m với Jw= 1.62 L/m2 h.

Hình 2. Ảnh hưởng của kích thước lỗ màng đến thơng lượng nước thấm
Bên cạnh đó, TDS của dịng thấm có
xu hướng tăng khi tăng kích thước lỗ rỗng
của màng MD. Điều này có thể là do ở kích
thước lỗ màng MD lớn, một phần các ion
trong nước thải có khả năng đi qua màng
dẫn đến TDS tăng lên. Tuy nhiên, chất
lượng nước thấm ở cả ba kích thước màng
0.1 và 0.2 và 1 µm đều rất tốt (TDS < 50
mg/L). Các chỉ tiêu đo đạc về COD, NH4+
và PO43- trong dòng nước thấm đầu ra lần
lượt nhỏ hơn hoặc bằng 17 mg/L, 1.27
mg/L và 0.31 mg/L. Bởi vì khi nước thải
được gia nhiệt, chỉ có hơi nước nóng dạng

kỵ nước đi qua màng MD và được ngưng tụ
thành nước sạch tại bể làm lạnh, trong khi
đó các chất ơ nhiễm như chất hữu cơ, NH4+

và PO43- được giữ lại trên màng. Ở kích
thước lỗ màng 0.1 µm cho hiệu quả xử lý
COD, NH4+, PO43- tốt nhất với hiệu suất lần
lượt là 99.80%, 98.42% và 97.48%, tiếp
theo là màng 0,2 µm cho hiệu quả xử lý
COD, NH4+, PO43- lần lượt là 99.52%,
97.85% và 96.92% và màng 1 µm cho hiệu
quả xử lý COD, NH4+, PO43- lần lượt là
99.32%, 96.54% và 95.66%. Kết quả
nghiên cứu cho thấy hiệu quả loại bỏ các
chất bẩn ở cả 3 kích thước lỗ màng MD là
gần tương đương nhau (hình 3), tuy nhiên ở
kích thước lỗ màng 1 µm cho thơng lượng
nước thấm cao nhất (Jw= 3.21 L/m2 h). Do
vậy, màng MD với kích thước lỗ màng 1
µm được chọn cho thí nghiệm tiếp theo.

18


NGUYỄN THỊ HẬU và cộng sự

TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GỊN

Hình 3. Ảnh hưởng của kích thước lỗ màng đến hiệu quả loại bỏ các chất bẩn
đầu vào tăng từ 2500 mg/L đến 4500 mg/L

dẫn đến gia tăng nồng độ các hợp chất acid
béo bay hơi. Một lượng nhỏ acid béo bay
hơi đi qua màng dẫn đến hàm lượng COD
trong dòng nước thấm tăng dần khi tăng tải
trọng hữu cơ. Tuy nhiên, bởi vì màng MD
chỉ cho hơi nước dạng áp suất hơi đi qua
màng nên hiệu quả xử lý COD ở cả 5 tải
trọng đều rất cao (>99.3%).

3.2. Đánh giá hiệu quả xử lý của
AnVMDBR ở các tải trọng hữu cơ khác
nhau
Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng
tải trọng COD từ OLR1 = 1.36 KgCOD/m3
ngày đến OLR5 = 2.44 KgCOD/m3 ngày
thì COD đầu ra tăng tương ứng từ 17 mg/L
đến 20 mg/L (Hình 4). Nguyên nhân là do
khi tăng tải trọng hữu cơ, nồng độ COD

Hình 4. Ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ đến hiệu quả loại bỏ COD của mơ hình AnVMDBR
19


SCIENTIFIC JOURNAL OF SAIGON UNIVERSITY

No. 80 (02/2022)

NH4+ của mơ hình AnVMDBR đạt cực đại
là 94.87% ở tải trọng OLR5 = 2.44
KgCOD/m3 ngày với nồng độ NH4+ đầu ra

nhỏ hơn 3.30 mg/L.

Hình 5 cho thấy hiệu suất xử lý của
NH4+ tăng nhẹ khi tăng tải trọng hữu cơ từ
OLR1 = 1.36 KgCOD/m3 ngày đến OLR5
= 2.44 KgCOD/m3 ngày. Hiệu quả khử

Hình 5. Ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ đến hiệu quả loại bỏ NH4+ của mơ hình AnVMDBR
nghiệm ở hình 7 cho thấy khi tải trọng hữu
cơ tăng từ OLR1 = 1.36 KgCOD/m3 ngày
đến OLR5 = 2.44 Kg COD/m3 ngày sản
lượng khí mêtan thu được tăng tương ứng
là 415 mL CH4/ngày và 712 mL CH4/ngày.
Điều này chứng tỏ hệ AnVMDBR có khả
xử lý tốt COD, NH4+, PO43- trong dãy tải
trọng hữu cơ từ 1.36 KgCOD/m3 ngày đến
2.44 Kg COD/m3 ngày.

So với NH4+, hiệu quả xử lý của PO43trong mơ hình AnVMDBR cao hơn. Hình 6
cho thấy hiệu suất xử lý PO43- tăng từ
96.66% đến 97.43% khi tăng tải trọng hữu
cơ từ OLR1 = 1.36 KgCOD/m3 ngày đến
OLR5 = 2.44 KgCOD/m3 ngày. Nồng độ
PO43- trong dịng nước thấm của mơ hình
AnVMDBR ln nhỏ hơn 0.33 mg/L ở các
tải trọng COD. Ngồi ra, kết quả thí

Hình 6. Ảnh hưởng của tải trọng hữu cơ đến hiệu quả loại bỏ PO43- của mô hình AnVMDBR
20



NGUYỄN THỊ HẬU và cộng sự

TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GỊN

Hình 7. Cho thấy sản lượng khí methan thu được tăng dần theo tải trọng hữu cơ
nhiên, thông lượng nước thấm có xu
hướng giảm dần theo thời gian vận hành ở
cả 5 tải trọng hữu cơ. Ở tải trọng OLR1:
thơng lượng dịng nước thấm giảm dần từ
3.10 đến 1.72 L/m2 h; Ở tải trọng OLR2:
thông lượng thấm giảm dần từ 2.97 đến
1.66 L/m2 h; Ở tải trọng OLR3: thông
lượng thấm giảm từ 2,99 đến 1.53 L/m2 h;
Ở tải trọng OLR4: thông lượng thấm giảm
từ 2.87 – 1.51 L/m2 h; Ở tải trọng OLR5:
thông lượng thấm giảm từ 2.98 đến 1.39
L/m2 h. Nguyên nhân của hiện tượng giảm
thông lượng thấm theo thời gian này là do
màng bị bẩn trên bề mặt. Dưới tác dụng
của lực hút của bơm hút chân khơng, các
hợp chất ơ nhiễm có xu hướng bám lên bề
mặt màng và hình thành lớp bẩn màng
như hình 9. Tuy nhiên, việc sử dụng bùn
hạt kỵ khí trong hệ AnVMDBR cho thơng
lượng dịng thấm giảm thấp hơn với sử
dụng bùn dạng bơng (hình 10) ở nghiên
cứu của nhóm Jacob với thơng lượng dịng
thấm giảm nhanh từ 2 xuống 0.6 L/m2 h
[14].


3.3. Khảo sát sự thay đổi dòng nước
thấm theo thời gian ở các tải trọng xử lý
khác nhau
Khảo sát sự thay đổi về thơng lượng
dịng thấm ở 5 tải trọng hữu cơ được thực
hiện liên tục trong 7 ngày và kết quả thể
hiện như trong hình 8. Kết quả nghiên cứu
thực nghiệm chỉ ra rằng thơng lượng dịng
thấm ở các tải trọng hữu cơ là khác nhau
không đáng kể. Điều này chứng tỏ, thông
lượng nước thấm từ mô hình AnVMDBR
khơng phụ thuộc nhiều vào tải trọng ơ
nhiễm hữu cơ từ 1.36 KgCOD/m3 ngày
đến 2.44 Kg COD/m3 ngày. Tuy nhiên,
cần có theo thí nghiệm ở những tải trọng
hữu cơ cao hơn để đánh giá mức độ ảnh
hưởng tới thông lượng thấm. Ở ngày vận
hành đầu tiên, thông lượng thấm đạt 3.10
L/m2 ở OLR1 = 1.36 Kg COD/m 3 ngày,
2.97 L/m2 h ở OLR2 = 1.63 Kg COD/m3
ngày, 2.99 L/m2 h ở OLR3 = 1.90 Kg
COD/m3 ngày, 2.87 L/m2 h ở OLR4 =
2.17 Kg COD/m3 ngày và 2.98 L/m2 h ở
OLR5 = 2.44 Kg COD/m3 ngày. Tuy
21


SCIENTIFIC JOURNAL OF SAIGON UNIVERSITY


No. 80 (02/2022)

Hình 8. Sự thay đổi thơng lượng dịng nước thấm theo thơi gian

Hình 9. A. Màng sạch MD ban đầu, B. Màng MD bị bám bẩn,
C. Màng MD được rửa sạch bằng nước cất

Hình 10. A. Bùn hạt kỵ khí trước giai đoạn thích nghi; B. Bùn hạt kỵ khí ở giai đoạn ổn định
22


NGUYỄN THỊ HẬU và cộng sự

TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC SÀI GỊN

đến 19 mg/L và sản lượng khí mêtan thu
được tăng tương ứng từ 415 mL CH4/ngày
đến 712 mL CH4/ngày. Quan sát bề mặt
màng cho thấy màng MD bị bẩn sau 7
ngày vận hành liên tục dẫn đến thông
lượng nước thấm giảm dần từ 3.10 đến
1.72 L/m2 h ở tải trọng OLR1 = 1.36
KgCOD/m3 ngày và giảm từ 2.98 đến
1.39 L/m2 h ở tải trọng OLR5 = 2.44
KgCOD/ m3 ngày.

3. Kết luận
Mơ hình phản ứng sinh học kỵ khí kết
hợp với chưng cất màng chân không
(AnVMDBR) đã được thiết kế thành công

để xử lý nước thải và tái sử dụng nước.
Kết quả nghiên cứu cho thấy khi tăng tải
trọng hữu cơ từ OLR1 = 1.36 KgCOD/m 3
ngày đến OLR5 = 2.44 KgCOD/m3 ngày
thì nồng độ COD đầu ra của mơ hình
AnVMDBR tăng tương ứng từ 17 mg/L
Lời cảm ơn

“Nghiên cứu này được tài trợ bởi Quỹ Phát triển Khoa học và Công nghệ Quốc gia
(NAFOSTED) trong đề tài mã số 105.08-2017.311”. Tác giả trân trọng cảm ơn sự hỗ trợ
tài chính từ Quỹ NAFOSTED.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]

Chen. Z, Yu. T, Ngo. H.H, Lu. Y, Li. G, Wu. Q, Li. K, Bai. Y, Liu. S, Hu. H-Y,
“Assimilable organic carbon (AOC) variation in reclaimed water: Insight on
biological stability evaluation and control for sustainable water reuse”, Bioresource
Technology, 254, 290–299, 2018.

[2]

Nguyen. N.C, Nguyen. H.T, Chen. S.-S, Ngo. H.H, Guo. W, Chan. W.H, Ray. S.S,
Li. C.W, Hsu. H-T, “A novel osmosis membrane bioreactor-membrane distillation
hybrid system for wastewater treatment and reuse”, Bioresource Technology, 209, 8–
15, 2016.

[3]

Atanasova. N, Dalmau. M, Comas. J, Poch. M, Rodriguez-Roda. I, Buttiglieri. G,
“Optimized MBR for greywater reuse systems in hotel facilities,” Journal of

Environmental management, 193, 503–511, 2017.

[4]

Nguyen. P.T, Dang. B.T, Pham. H.D, Huynh. Q.T, Nguyen. X.D, Nguyen. H.H, Lee.
K.J, Bui. X.T, “Evaluating the membrane fouling control ability of a reciprocation
membrane bioreactor (rMBR) system”, Vietnam Journal of Science, Technology and
Engineering, 62, 50-54, 2020.

[5]

Ernst. M, Jekel. M, “Advanced treatment combination for groundwater recharge of
municipal wastewater by nanofiltration and ozonation”, Water Science and
Technology, 40(4), 277-284, 1999.

[6]

Abdel-Fatah, M.A, “Nanofiltration systems and applications in wastewater treatment:
Review article”, Ain Shams Engineering Journal, 9(4), 3077-3092, 2018.

23


SCIENTIFIC JOURNAL OF SAIGON UNIVERSITY

No. 80 (02/2022)

[7]

Nguyen. N.C, Chen. S.S, Ho. S.T, Nguyen. H.T, Ray. S.S, Nguyen. N.T, Hsu. H.T,

Le. N.C, Tran. T.T, “Optimising the recovery of EDTA-2Na draw solution in
forward osmosis through direct contact membrane distillation”, Separation science
and technology, 198, 108-112, 2018

[8]

Nguyen. N.C, Chen. S.S, Nguyen. H.T, Chen. Y.H, Ngo. H.H, Guo. W, Ray. S.S,
Chang. H.M, Le. Q.H, “Applicability of an integrated moving sponge biocarrierosmotic membrane bioreactor MD system for saline wastewater treatment using
highly salt-tolerant microorganisms”, Separation science and technology,198, 93-99,
2018.

[9]

Nguyen. N.C, Duong. H.C, Nguyen. H.T, Chen. S.S, Le. H.Q, Ngo. H.H, Guo. W,
Duong. C.C, Le. N.C, Bui. X.T, “Forward osmosis–membrane distillation hybrid
system for desalination using mixed trivalent draw solution”, Journal of. Membrane
Science, 603, 11-29, 2020.

[10] Nguyen. N.C, Nguyen. H.T, Chen. S.S, Ngo. H.H, Guo. W, Chan. W.H, Ray. S.S, Li.
C.W, Hsu. H.T, “A novel osmosis membrane bioreactor-membrane distillation
hybrid system for wastewater treatment and reuse”, Bioresource. Technology, 209, 815, 2016.
[11] Yao. M, Woo. Y.C, Ren. J, Tijing. L.D, Choi. J.S, Kim. S.H, Shon. H.K, “Volatile
fatty acids and biogas recovery using thermophilic anaerobic membrane distillation
bioreactor for wastewater reclamation”, Journal of Environmental Management, 231,
833-842, 2019.
[12] Li, C.; Deng, W.; Gao, C.; Xiang, X.; Feng, X.; Batchelor, B.; Li, Y., “Membrane
distillation coupled with a novel two-stage pretreatment process for petrochemical
wastewater treatment and reuse”, Separation and Purification Technology, 224, 2332, 2019.
[13] APHA, Standard methods for the examination of water and wastewater, American
Public Health Association (APHA): Washington, DC, USA, 2005.

[14] Jacob. P, Phungsai. P, Fukushi. K,bVisvanathan. C, “Direct contact membrane
distillation for anaerobic effluent treatment”, Journal of Membrane Science, 475,
330-339, 2015.
Ngày nhận bài: 19/11/2020

Biên tập xong: 15/02/2022

24

Duyệt đăng: 20/02/2022