Ứng dụng màng lọc sinh học trong công nghệ xử lý nước

Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 104 
ỨNG DỤNG MÀNG LỌC SINH HỌC TRONG 
CÔNG NGHỆ XỬ LÝ NƯỚC 
ThS. Trần Thị Tuyết Trinh 
Khoa Kỹ thuật Hạ tầng Đô thị, Trường Đại học Xây dựng Miền Trung 
Tóm tắt: Nước sạch và ô nhiễm môi trường luôn luôn là vấn đề trọng tâm trong 
sự phát triển kinh tế xã hội. Diễn biến phức tạp của khí hậu, sự phân bố lại 
nguồn nước, khan hiếm nguồn nước và đặc biệt tình trạng ô nhiễm nguồn nước 
kéo theo hàng loạt hệ quả nghiêm trọng tới sức khỏe và chất lượng cuộc sống 
con người. Song song với quy hoạch và quản lý tốt nguồn nước, cải tiến công 
nghệ xử lý nước không những cấp thiết để đảm bảo phát triển bền vững mà còn 
mở ra những tầm nhìn mới trong công nghệ nước tinh khiết, tái sử dụng nước và 
bảo vệ môi trường. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và công nghệ, màng 
lọc sinh học có thể loại bỏ chất ô nhiễm và vi sinh vật rất triệt để nên hiện nay 
được xem là công nghệ triển vọng nhất để xử lý cấp cũng như nước thải. 
Từ khóa: Màn lọc sinh học, xử lý nước, MBR. 
1. Nội dung 
Bể lọc sinh học bằng màng – MBR 
là viết tắt cụm từ Membrance Bio Reator 
trong đó màng lọc sinh học là vật liệu có 
cấu tạo dạng sợi rỗng liên kết với nhau, 
giống như một màng lọc với các lỗ lọc 
rất nhỏ mà vi sinh vật không có khả 
năng xuyên qua. 
 Mặt cắt ngang Bề mặt 
Hình 1. Mặt cắt màng lọc 
Tùy thuộc vào kích thước của lỗ 
màng và phương pháp lọc có các loại 
màng lọc đó là màng lọc thẩm thấu 
ngược (Reverse Osmosis – RO), lọc 
nano (Nanofiltration – NF), siêu lọc 
(Ultrafiltration – UF), lọc tinh 
(Microfiltration – MF). 
Hình 2. Các loại lọc sinh học xử lý nước 
Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 105 
Bảng1. Đặc điểm xử lý của các loại màng lọc sinh học 
TT Tên 
Kích thước 
lỗ rỗng (µm) 
Áp suất làm 
việc (bar) 
Khả năng xử lý 
Chi phí 
sản xuất 
1 MF 0,1 – 1,0 1 – 8,6 
Độ đục, chất lơ lửng, huyền 
phù, chất keo, men, phân tử, 
vi khuẩn hoặc chất rắn hòa 
tan có kích thước lớn hơn 
kích thước lỗ rỗng 
Thấp 
2 UF 0,01 – 0,1 4,8 – 13,8 
Như MF, ngoài ra còn giữ 
được virut, proteins khối 
lượng mol nhỏ, enzymes, 
carbohydrates 
Trung 
bình 
3 NF 0,01 – 0,001 6,9 – 41,4 
Như UF, ngoài ra còn giữ 
được phân tử muối hóa trị 
thấp, các chất khoáng, 
protein, gelatin 
cao 
4 RO < 0,001 27,6 – 68,9 
Gần như hoàn toàn, chỉ còn 
nước nguyên chất 
Rất cao 
Phương pháp lọc màng cho hiệu 
quả xử lý nước rất cao. Chất lượng nước 
sau xử lý BOD < 2.0mg/L; TSS < 2.0 
mg/L; NH3-N < 1.0mg/L; tổng 
Phosphorus < 0.1mg/L; tổng Nitrogen < 
3-10mg/L; giảm Coliform > 5-6log; 
giảm Virus < 4log. 
Màng lọc sử dụng trong thực tế 
thường được ghép thành từng đơn vị lọc 
gọi là mô đun lọc đảm bảo hai yêu cầu: 
Thứ nhất là cường độ tuần hoàn của 
nước trên bề mặt màng lọc để loại trừ 
hiện tượng phân cực nồng độ; Thứ hai 
là tạo ra diện tích tiếp xúc lớn nhất của 
bề mặt màng với nước trong các thiết bị 
nhỏ gọn, dễ lắp ghép, dễ vận chuyển và 
dễ dàng làm sạch màng bằng hóa chất 
hoặc dùng dòng nước rửa ngược. Trên 
thị trường hiện nay phổ biến bốn loại 
mô đun màng lọc như sau: 
1.1. Mô đun tấm phẳng: Hình thành 
bằng cách gắn màng lọc vào các tấm đỡ 
phẳng rồi xếp chồng lên nhau với 
khoảng cách 0,5 – 3mm để đảm bảo 
nước thấm qua màng khi chuyển động 
giữa các khe với vận tốc đủ lớn để tránh 
phân cực nồng độ. 
Hình 3. Mô đun dạng tấm 
1.2. Mô đun cuộn: Đặt tấm xốp mềm 
giữa hai tấm màng phẳng, gắn kín ba 
viền mép, viền thứ tư gắn với ống góp. 
Bố trí nhiều cặp như vậy xếp chồng lên 
nhau qua tấm đệm mềm sau đó cuộn lại 
thành ống. Nước đem đi lọc đi vào khe 
của tấm đệm với tốc độ đủ lớn, nước từ 
Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 106 
khe thấm qua màng lọc tập trung vào tấm 
rỗng thu gom về ống góp. Đường kính 
mỗi cuộn đến 30cm, chiều dài đến 1,5m. 
Mô đun này bố trí gọn, chắc và có tổn thất 
áp lực thấp hơn loại mô đun dạng tấm. 
Hình 4. Mô đun dạng cuộn 
1.3. Mô đun dạng ống: Màng lọc gắn 
vào mặt trong ống đỡ làm bằng vật liệu 
xốp hoặc ống khoan lỗ có đường kính 
10 đến 40mm sau đó xếp các ống này 
vào trong vỏ hình trụ. Khi lọc, chế độ 
thủy lực đơn giản và vận tốc nước trên 
bề mặt tiếp xúc của màng có thể lên 
đến 6m/s, rất dễ dàng làm sạch nhưng 
giá thành cao. 
Hình 5. Mô đun dạng ống 
1.4. Mô đun dạng sợi rỗng: Bề mặt của 
sợi rỗng chính là màng lọc đường kính 
của sợi từ vài micron đến vài milimet. 
Góp các sợi lại thành một bó. Nước lọc đi 
qua màng có thể từ ngoài vào hoặc từ 
trong ra tùy thuộc vào cách gắn các đầu 
bó sợi. Cách gắn này tạo ra bề mặt lọc 
nước rất lớn từ vài nghìn m2/m3 không 
gian. Màng lọc dạng sợi đang sử dụng 
phổ biến trong công nghệ xử lý nước thải. 
Hình 6. Mô đun dạng sợi rỗng 
Để kéo dài tuổi thọ cho màng, cần 
làm sạch màng vào cuối hạn dùng. 
Chọn cách rửa màng tối ưu tùy thuộc 
vào loại nước đầu vào. Thời điểm rửa 
màng xác định dựa theo đồng hồ đo áp 
lực. Cách đơn giản là dùng khí thổi từ 
dưới lên sao cho bọt khí đi vào trong 
ruột màng chui theo lổ rỗng ra ngoài, 
đẩy cặn bám ra khỏi màng. Hoặc làm 
sạch bằng cách ngâm màng trong dung 
dịch hóa chất. 
Trong công nghệ xử lý nước thải, 
bể lọc sinh học bằng màng thường được 
sử dụng kết hợp với công trình xử lý 
sinh học bậc hai, màng lọc thực hiện 
tách hết sinh khối có trong nước thải sau 
quá trình xử lý, quá trình lọc được thực 
hiện nhờ có áp lực cần thiết. Nhờ sử 
Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 107 
dụng màng, các cặn bẩn được giữ lại 
trong bể lọc, nước sau xử lý có thể đưa 
sang công đoạn tiếp theo hoặc xả bỏ 
hoặc có thể tái sử dụng được ngay. 
Hình 7. Quy trình xử lý nước thải bằng MBR 
Công nghệ xử lý nước bằng màng 
lọc không chỉ áp dụng trong xử lý nước 
thải mà còn sử dụng rất rộng rãi trong 
quy trình xử lý nước cấp, khử muối,... 
Quy mô công suất không chỉ dừng lại ở 
quy mô nhỏ cho hộ gia đình mà nó còn 
có khả năng xử lý nước thải với công 
suất trung bình và lớn. 
Hình 8. Trạm xử lý nước cấp sử dụng 
công nghệ lọc Nano 
Hình 9. Máy lọc nước RO dùng cho hộ gia đình 
Công nghệ MBR đảm bảo sự ổn 
định của chất lượng nước sau xử lý, đáp 
ứng được tiêu chuẩn rất khắc khe về 
chất lượng nước đầu ra. Nhờ vào hiệu 
suất khử chất lơ lửng và vi sinh cấp độ 
cao, nước sau xử lý có thể được tái sử 
dụng ngay cho các tòa nhà hay nhà máy 
nước tuần hoàn. Có thể được thiết kế để 
ứng dụng cho nhiều lĩnh vực với những 
đặc thù riêng và đòi hỏi chất lượng nước 
sau xử lý luôn ổn định. 
Tính ưu việt của màng đã được 
kiểm chứng qua nhiều công trình ứng 
dụng khác nhau với phạm vi ứng dụng 
rộng. Thiết kế dạng mô đun rất hiệu quả 
và hệ thống giảm thiểu được sự tắc 
nghẽn. Màng được chế tạo bằng phương 
pháp kéo đặc biệt nên rất chắc, sẽ không 
bị đứt do tác động bởi dòng khí xáo trộn 
mạnh trong bể sục khí. Thân màng được 
phủ một lớp polymer thấm nước thuộc 
nhóm hydroxyl. Vì vậy, màng không bị 
Thông báo Khoa học và Công nghệ * Số 1-2014 108 
hư khi dùng chlorine để tẩy rửa màng 
vào cuối hạn dùng. 
Đánh giá về mặt kinh tế có thể 
thấy nổi bật những ưu điểm đó là giảm 
giá thành xây dựng nhờ không cần bể 
lắng, bể lọc và khử trùng, tiêu thụ điện 
năng của công nghệ MBR rất ít so với 
các công nghệ khác và đã được cấp 
bằng chứng nhận “Công nghệ Môi 
trường Mới”. Phí thải bùn cũng giảm 
nhờ tuần hoàn hết ¼ và lượng bùn dư 
tạo ra rất nhỏ. 
Ngoài ra quy trình vận hành và 
bảo trì đơn giản. Kiểm soát quy trình 
chỉ cần đồng hồ áp lực hoặc lưu lượng. 
Cấu tạo gồm những hộp lọc đơn ghép 
lại nên thay thế rất dễ. Quá trình làm 
sạch, sửa chữa, bảo trì và kiểm tra rất 
thuận tiện. Quy trình có thể được kết 
nối giữa công trình với văn phòng sử 
dụng, vì thế có thể điều khiển kiểm 
soát vận hành từ xa, thậm chí thông 
qua mạng internet. 
Công nghệ xử lý nước bằng màng 
sinh học hiện được sử dụng rộng rãi ở các 
nước phát triển để xử lý nước thải, tái sử 
dụng nước, và dùng để khử muối khi 
khan hiếm nguồn nước cấp. Đối với các 
nước đang phát triển, phạm vi áp dụng 
chỉ mới phổ biến ở quy mô công suất 
nhỏ, thường dùng để xử lý nước cấp cho 
các hộ gia đình, giá thành giá thành công 
nghệ không rẻ. Tuy nhiên ứng dụng của 
màng lọc sinh học trong công nghệ xử lý 
nước mang lại hiệu quả xử lý rất cao, là 
giải pháp vô cùng hữu hiệu trong công 
nghệ nước sạch và tái sử dụng nước. Nếu 
quy hoạch nguồn nước cấp, nước thải tốt, 
xử lý nước tập trung thì chi phí xử lý 
nước sẽ giảm so với xử lý nước không 
tập trung, việc áp dụng công nghệ này là 
hoàn toàn trong tầm tay. 
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
[1] Lều Thọ Bách, D.Xanhtoulis, Wang Chengduan, Hans Brix. 2010. Xử lý nước thải chi 
phí thấp, NXB Xây Dựng. 
[2] Hoàng Huệ. 1996. Xử lý nước thải, NXB Xây Dựng Hà Nội. 
[3] Trịnh Xuân Lai. 1999. Tính toán thiết kế các công trình trong hệ thống cấp nước sạch, 
NXB Khoa học và Kỹ thuật. 
[4] Nguyễn Văn Phước. 2007. Giáo trình xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp bằng 
phương pháp sinh học, NXB Xây Dựng Hà Nội. 
[5] Metcalf & Eddy. 1991. Waste water engineeringTreating, Disposal, Reuse, McGraw-Hill. 
[6] Nicholas P. Cheremisinoff, Ph.D. 1996. Biotechnology for waste and wastewater 
treatment, Noyes Publications, Westwood, New jersey, U.S.A. 
[7] Robert A. Corbitt. second edition. 2004. Standard of environmental engineering, Mc 
Gaw Hill. 
[8] Udo Wiesmann, In Su Choi, Eva-Maria Dombrowski. 2007. Fundamentals of Biological 
Wastewater Treatment. 
[9] Tom Stephenson, Simon Judd, Bruce Jefferson and Keith Brindle. 2006. Membrance 
bioreactors for wastewater treatment, Iwa publishing. 
[10] H.T. El-Dessouky and H.M. Ettoune. 2002. Fundamentals of Salt Water Desalination, 
Elsevier Science BV. 
[11] Joseph Cotruvo, Nikolay Voutchkov, John Fawell, Pierre Payment, David Cunliffe and 
Sabine Lattemann. 2010. Desalination technology health and environmental impacts, Iwa 
publishing.