Màng vi sinh – Đặc điểm, chức năng, ứng dụng và các ưu điểm khi sử dụng

Vậy màng sinh học là gì?

Màng sinh học là một màng mỏng được hình thành bởi các vi sinh vật như vi khuẩn và nấm. Những vi sinh vật này phát triển trên bề mặt chất nền và tạo thành một cấu trúc dày đặc trong đó chúng cộng sinh và tương tác với nhau. Màng vi sinh vật có thể tồn tại trên nhiều loại bề mặt khác nhau, kể cả trong nước và không khí.

Đặc điểm của màng vi sinh vật

Đặc điểm của màng vi sinh vật

– Kết cấu

Màng vi sinh vật có cấu trúc phức tạp, bao gồm các vi sinh vật được bao bọc trong một lớp chất nhầy do chúng tự tiết ra. Lớp chất nhầy này không chỉ giúp bảo vệ vi sinh vật mà còn giúp duy trì độ ẩm cho chúng.

– Chức năng của màng vi sinh vật

• Xử lý chất thải: Vi sinh vật trong màng có khả năng phân hủy các chất hữu cơ và chất ô nhiễm, giúp làm sạch nước và không khí.
• Bảo vệ vi sinh vật: Màng vi sinh cung cấp môi trường an toàn và ổn định cho vi sinh vật, giúp chúng tồn tại và phát triển trong điều kiện khắc nghiệt.

– Ứng dụng màng vi sinh

• Xử lý nước thải: Màng vi sinh được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống xử lý nước thải để loại bỏ các chất hữu cơ và các chất gây ô nhiễm khác.
• Xử lý khí thải: Được sử dụng trong hệ thống lọc không khí để loại bỏ các hợp chất hữu cơ dễ bay hơi và các chất ô nhiễm khỏi khí thải công nghiệp.
• Y học: Nghiên cứu và ứng dụng trong các lĩnh vực như điều trị nhiễm trùng và phát triển vật liệu sinh học.

Ưu điểm của việc sử dụng màng sinh học

Sử dụng màng vi sinh mang lại nhiều lợi ích trong các lĩnh vực xử lý môi trường, công nghiệp và y học. Cụ thể như sau:

Dễ dàng vận hành và sử dụng

Ưu điểm quan trọng nhất của màng vi sinh vật là dễ vận hành trong hệ thống xử lý. Vận hành hệ thống bùn hoạt tính thông thường đòi hỏi phải duy trì ổn định các thông số như nồng độ đầu vào, khả năng lắng bùn, khả năng tuần hoàn bùn, loại bỏ bùn dư… Sự phát triển quá mức của các vi khuẩn dạng sợi như Beggiatoa, Sphaelotilus natans,… cũng làm giảm khả năng lắng của bùn. , gây khó khăn cho việc vận hành hệ thống. Trong khi đó, việc sử dụng màng vi sinh gần như không cần thiết phải xét đến các yếu tố này.

Trong khi bể lắng sau bể Aeroten có nhiệm vụ duy trì nồng độ bùn trong bể bùn hoạt tính thì ở bể lắng sau thiết bị màng sinh học chỉ có tác dụng loại bỏ các chất rắn sinh học (lớp màng đã bị bong ra trong quá trình xử lý). ). nước thải sau khi đi qua thiết bị xử lý màng) mà không ảnh hưởng đến hoạt động của màng vi sinh vật. Do ảnh hưởng của chuỗi thức ăn dài tồn tại trong màng vi sinh vật nên lượng bùn cặn sinh ra sẽ ít hơn. Điều này đã giúp giảm bớt sự phức tạp trong việc vận hành hệ thống xử lý nước thải.

Tuy nhiên, việc vận hành đơn giản đã dẫn tới khả năng điều chỉnh trạng thái vận hành của hệ thống kém hơn. Với bùn hoạt tính, chúng ta có thể điều chỉnh nồng độ bùn trong bể bằng cách điều chỉnh lượng bùn tuần hoàn trong bể lắng, hoặc nếu muốn tăng khả năng loại bỏ nitơ thì có thể tăng thời gian lưu bùn. Trong khi đó, màng vi sinh không thể điều chỉnh chính xác sinh khối trong hệ thống xử lý. Bởi các thông số mà màng sinh học có thể kiểm soát được chỉ là chất lượng nước đầu vào và cường độ sục khí (hiếu khí).

Bắt đầu nhanh

Màng vi sinh có thời gian khởi động nhanh trong hệ thống xử lý

Trong quy trình bùn hoạt tính, thời gian khởi động tối thiểu là một tháng, còn với màng sinh học, thời gian này chỉ cần khoảng 2 tuần đối với bể lọc sinh học ngập nước và contactor quay. Đối với bộ lọc nhỏ giọt, lần này cần nhiều hơn.

Sở dĩ thời gian khởi động của quá trình sử dụng màng vi sinh ngắn hơn là do phần lớn sinh khối tạo ra được tích lũy mà không được tiêu thụ sớm trong quá trình khởi động khi màng còn mỏng. Nhờ đó, việc khôi phục và vận hành chúng diễn ra rất nhanh ngay cả khi một lượng lớn sinh khối bị giảm đi vì một lý do nào đó. Quá trình sử dụng màng vi sinh cũng chịu được những thay đổi bất thường về tải trọng hữu cơ.

Có khả năng loại bỏ hiệu quả các chất nền phân hủy chậm

Có hai quan điểm giải thích khả năng của quá trình màng vi sinh vật loại bỏ các chất hữu cơ phân hủy chậm. Đó là:

– Chất nền chứa các chất hữu cơ như Linear Alkylbenzen Sulfonate (LAS), Polyvinyl Alcohol (PCA), lignin, các hợp chất hữu cơ gốc clo… hay các chất vô cơ như nitrat, xyanua… đều có khả năng phân hủy. phân hủy sinh học. Tuy nhiên, tốc độ phân hủy của chúng rất chậm và tốc độ phát triển của vi sinh vật sử dụng các hợp chất trên làm cơ chất chính là rất thấp. Ví dụ, tốc độ phân hủy của vi khuẩn nitơ Notrosomonas chỉ bằng 1/10 tốc độ phát triển của vi khuẩn Escherichia coli. Các vi sinh vật có tốc độ tăng trưởng thấp có thể loại bỏ các chất nền phân hủy chậm.

Nguyên nhân thứ hai được cho là liên quan đến tỷ lệ độ dày màng sinh học hiệu quả trên tổng độ dày màng. Nói chung, tốc độ tiêu thụ chất nền chậm có liên quan đến sự vận chuyển nó bằng khuếch tán phân tử; độ sâu mà nó có thể xâm nhập vào màng vi sinh vật tương ứng với độ sâu của lớp. màng hiệu quả. Nói cách khác, nếu tốc độ tiêu hao cơ chất nhỏ thì lượng vi sinh vật cần thiết sẽ lớn tương ứng và ngược lại. Do đó, sự khác biệt về khả năng phân hủy sinh học sẽ không ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ tiêu thụ cơ chất của màng vi sinh vật.

Vì vậy, màng vi sinh rất thích hợp để xử lý nước thải chứa chất nền có khả năng phân hủy sinh học chậm.

Chịu được sự biến động về nhiệt độ và lượng lớn chất gây ô nhiễm

Khi nhiệt độ giảm, tốc độ khuếch tán và phản ứng sinh học đều giảm và sự phụ thuộc của các phản ứng sinh học sẽ quan trọng hơn khuếch tán. Năng lượng kích hoạt được sử dụng để đánh giá sự phụ thuộc của các phản ứng sinh học vào yếu tố nhiệt độ. Năng lượng càng lớn thì sự phụ thuộc này càng cao.

Năng lượng hoạt hóa của khuếch tán phân tử chỉ khoảng vài kcal/mol, trong khi năng lượng hoạt hóa của các phản ứng sinh học dao động từ 20 đến 30 kcal/mol. Do đó, ngay cả khi nhiệt độ nước thải thấp, tốc độ tiêu thụ chất nền của màng vi sinh vật không bị ảnh hưởng nhiều bằng chính tốc độ phản ứng sinh học bên trong. Động học của phản ứng sẽ giống như đối với chất phân hủy chậm vì tốc độ khuếch tán phân tử giảm chậm hơn nhiều so với tốc độ phản ứng theo nhiệt độ.

Ngược lại, khi nhiệt độ nước tăng thì tốc độ tiêu hao cơ chất không tăng nhiều bằng phản ứng sinh học bên trong. Vì vậy, hiệu quả xử lý của màng vi sinh sẽ ổn định, ít phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ.

Đối với sự thay đổi tải lượng ô nhiễm, sử dụng màng vi sinh cũng mang lại hiệu quả xử lý ổn định. Khi tải lượng đầu vào tăng lên thì nồng độ cơ chất trên bề mặt màng cũng tăng tương ứng. Điều này đã giúp độ dày hữu hiệu của màng tăng lên. Ngược lại, khi tải lượng ô nhiễm giảm thì độ dày màng cũng giảm và hiệu quả xử lý vẫn ổn định.

Các loại thiết bị chế biến

Ứng dụng cho nhiều loại thiết bị xử lý

Trong mỗi thiết bị lọc ngập, thiết bị tiếp điểm quay hay bộ lọc nhỏ giọt, hình dạng, kích thước, cách bố trí vật liệu đệm làm chất nền và chủng loại vật liệu cũng rất đa dạng. Mặc dù không có nhiều khác biệt về diện tích bề mặt riêng giữa các thiết bị trên nhưng với các thiết bị sử dụng vật liệu lơ lửng thì chúng có diện tích bề mặt màng lớn hơn rất nhiều so với các thiết bị khác, đồng thời tải lượng hữu cơ của chúng cũng lớn hơn. Các thiết bị này có thể được áp dụng cho cả quá trình xử lý hiếu khí và kỵ khí, ngoại trừ các bộ lọc nhỏ giọt.

Có thể xử lý nước thải có nồng độ chất nền thấp

Quá trình sử dụng màng vi sinh có thể ứng dụng để xử lý nhiều loại nước khác nhau và đặc biệt hiệu quả đối với nước thải có nồng độ ô nhiễm thấp. Thực nghiệm đã chứng minh quá trình bùn hoạt tính không thể xử lý nước thải có nồng độ BOD thấp hơn 20 mg/l. Tuy nhiên, màng vi sinh vật có thể làm được điều này. Quá trình xử lý màng vi sinh vật chỉ yêu cầu nồng độ cơ chất cao hơn giá trị cần thiết để duy trì quá trình trao đổi chất với nồng độ cơ chất thay đổi trong phạm vi rộng vẫn đảm bảo hiệu quả xử lý.

Đối với màng vi sinh vật, nồng độ cơ chất trong nước thải càng thấp thì càng dễ xử lý.

Tiết kiệm năng lượng

Các vi sinh vật trong màng sinh học thực hiện các quá trình phân hủy tự nhiên, không cần nhiều năng lượng như xử lý cơ học hoặc hóa học.

Thân thiện với môi trường

– Giảm thiểu hóa chất: Sử dụng màng sinh học giúp giảm thiểu việc sử dụng hóa chất độc hại trong quá trình xử lý nước và khí thải.

– Tạo ra các sản phẩm phụ có ích: Quá trình xử lý có thể tạo ra các sản phẩm phụ có ích như bùn sinh học, có thể dùng làm phân bón.

Trên đây là những đặc điểm, ứng dụng và ưu điểm của việc sử dụng màng vi sinh trong hệ thống xử lý nước thải, khí thải mà Đông Á đã tổng hợp. Hy vọng những thông tin này đã giúp bạn có thêm những kiến ​​thức hữu ích về màng vi sinh vật.