Mục lục bài viết

Xử lý nước thải bằng công nghệ MBBR: Lời giải Tối ưu

Cùng với tốc độ đô thị hóa và công nghiệp hóa nhanh chóng, lượng nước thải phát sinh ngày càng gia tăng cả về lưu lượng và mức độ phức tạp của các thành phần ô nhiễm. Tại các thành phố lớn và khu công nghiệp, nơi quỹ đất dành cho các công trình hạ tầng ngày càng hạn hẹp, nhu cầu về các giải pháp xử lý nước thải vừa đảm bảo hiệu quả cao, vừa tiết kiệm diện tích trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết.

Đáp ứng những thách thức đó, Công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor – Bể phản ứng sinh học với lớp màng biofilm trên giá thể di động) đã và đang khẳng định vị thế là một trong những công nghệ xử lý nước thải sinh học tiên tiến, hiệu quả và linh hoạt bậc nhất. Kế thừa ưu điểm của cả phương pháp bùn hoạt tính lơ lửng và lọc sinh học bám dính, MBBR mang đến một giải pháp mạnh mẽ để loại bỏ các chất ô nhiễm hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải.

Bài viết này sẽ đi sâu khám phá công nghệ MBBR: từ nguyên lý hoạt động độc đáo dựa trên giá thể di động, các thành phần cốt lõi, những ưu điểm nổi bật so với công nghệ truyền thống, đến các ứng dụng thực tế và một quy trình công nghệ điển hình ứng dụng MBBR trong xử lý nước thải.

1. Giải mã Công nghệ MBBR: Vi sinh vật “Làm việc” trên Giá thể Di động

MBBR là gì? MBBR là viết tắt của Moving Bed Biofilm Reactor. Đây là một quy trình xử lý nước thải sinh học sử dụng các giá thể nhựa nhỏ (carriers) có tỷ trọng gần bằng nước, được thiết kế với diện tích bề mặt riêng rất lớn. Các giá thể này được giữ lơ lửng và chuyển động liên tục trong bể phản ứng nhờ sự khuấy trộn của dòng khí (trong bể hiếu khí) hoặc thiết bị khuấy cơ học (trong bể thiếu khí/kỵ khí).

Vi sinh vật sẽ bám dính và phát triển trên bề mặt các giá thể này, tạo thành một lớp màng sinh học (biofilm) dày đặc, nơi diễn ra các quá trình phân hủy chất ô nhiễm.

1.1 Nguyên lý Hoạt động Cốt lõi:

Hình thành Biofilm: Vi sinh vật tự nhiên có trong nước thải hoặc được bổ sung ban đầu sẽ bám vào bề mặt giá thể và sinh sôi, tạo thành lớp biofilm. Lớp màng này chứa một quần thể vi sinh vật đa dạng và có mật độ rất cao.
Giá thể Di động Liên tục: Hệ thống sục khí hoặc khuấy trộn đảm bảo các giá thể mang biofilm di chuyển khắp thể tích bể, tăng cường sự tiếp xúc giữa biofilm với chất ô nhiễm trong nước thải và oxy (nếu là bể hiếu khí).
Phân hủy Sinh học: Các chất ô nhiễm (BOD, COD, Amoni…) khuếch tán vào lớp biofilm và bị vi sinh vật phân hủy, chuyển hóa thành các sản phẩm đơn giản (CO₂, H₂O, N₂…) và sinh khối mới.
Giữ lại Giá thể: Nước sau xử lý chảy ra khỏi bể qua một hệ thống lưới lọc hoặc sàng có kích thước khe hở nhỏ hơn giá thể, đảm bảo toàn bộ giá thể được giữ lại bên trong bể phản ứng. Không cần tuần hoàn bùn hoạt tính như các hệ thống bùn lơ lửng truyền thống.

1.2 Thành phần Chính: Giá thể Vi sinh (MBBR Media):

Là yếu tố then chốt, quyết định hiệu quả của MBBR.
Vật liệu: Thường là nhựa HDPE, PP độ bền cao.
Hình dạng: Rất đa dạng (dạng bánh xe có khía, dạng sợi, dạng cầu, dạng khối lập phương…) nhằm tối đa hóa diện tích bề mặt riêng được bảo vệ (nơi biofilm phát triển ổn định) và khả năng khuấy trộn.
Diện tích bề mặt riêng (SSA): Thông số quan trọng nhất, thường từ 300 đến >1200 m²/m³, cho phép chứa lượng sinh khối lớn trong thể tích nhỏ.
Tỷ lệ làm đầy (Fill Ratio): Thường từ 20% – 70% thể tích bể, tùy thuộc vào tải trọng ô nhiễm và mức độ xử lý yêu cầu.

2 Tại sao MBBR là Lựa chọn Hấp dẫn? Ưu điểm Nổi bật

Công nghệ MBBR sở hữu nhiều ưu điểm so với các công nghệ xử lý sinh học truyền thống (như bùn hoạt tính lơ lửng – CAS):

Hiệu quả Xử lý Cao: Mật độ vi sinh vật cao giúp xử lý hiệu quả BOD, COD và đặc biệt là quá trình Nitrat hóa (chuyển hóa Amoni thành Nitrat).
Hệ thống Nhỏ gọn, Tiết kiệm Diện tích: Cần thể tích bể phản ứng nhỏ hơn đáng kể so với CAS để xử lý cùng một tải lượng ô nhiễm.
Vận hành Ổn định và Khả năng Chịu sốc tải Vượt trội: Lớp biofilm bám dính giúp hệ vi sinh vật chống chịu tốt hơn với sự biến động đột ngột về lưu lượng, nồng độ chất ô nhiễm hoặc sự có mặt của các chất ức chế. Hệ thống phục hồi nhanh sau sự cố.
Vận hành Đơn giản hơn: Loại bỏ được công đoạn tuần hoàn bùn hoạt tính phức tạp và các vấn đề liên quan đến khả năng lắng của bùn (bùn khó lắng, bùn nổi…).
Phát sinh Ít Bùn dư hơn (So với CAS): Quá trình sinh trưởng bám dính thường tạo ra ít bùn dư hơn.
Dễ dàng Nâng cấp Hệ thống Hiện có: Có thể bổ sung giá thể MBBR vào các bể Aerotank hiện hữu đang quá tải để tăng công suất mà không cần xây dựng thêm bể mới (kỹ thuật IFAS).
Linh hoạt: Có thể thiết kế cho các môi trường hiếu khí, thiếu khí, kỵ khí, phù hợp cho các quy trình xử lý đa dạng, đặc biệt là xử lý Nitơ tổng.

3. Quy trình Công nghệ Xử lý Nước thải Tiên tiến Ứng dụng MBBR

Công nghệ MBBR thường được tích hợp trong một quy trình xử lý nước thải đa bậc để đạt hiệu quả tối ưu, đặc biệt khi cần loại bỏ cả chất hữu cơ và dinh dưỡng (Nitơ, Phốt pho). Dưới đây là một quy trình điển hình xử lý nước thải hỗn hợp sinh hoạt và sản xuất nhẹ, có ứng dụng MBBR (dựa trên mô tả bạn cung cấp nhưng được tổng quát hóa và làm rõ hơn):

Giai đoạn 1: Tiền xử lý Kỹ lưỡng

Bể Tiếp nhận & Song chắn rác: Nước thải từ các nguồn được thu gom về bể tiếp nhận. Song chắn rác thô được đặt tại đây để giữ lại rác kích thước lớn, bảo vệ bơm và các thiết bị phía sau.
Thiết bị Tiền xử lý Bổ sung:
- Lưới lọc rác tinh: Sử dụng lưới lọc có kích thước khe hở nhỏ (ví dụ 3mm) để loại bỏ hiệu quả hơn các chất rắn lơ lửng, xơ sợi…, tăng hiệu quả cho các công đoạn sau và bảo vệ giá thể MBBR.
- Bể tách dầu mỡ: Nếu nước thải có chứa dầu mỡ (từ nhà ăn, một số hoạt động sản xuất), cần có công đoạn tách dầu mỡ hiệu quả.
- Thiết kế kín: Hệ thống tiền xử lý nên được thiết kế kín để kiểm soát mùi hôi và nguy cơ sinh học.
Bể Điều hòa: Nước thải sau tiền xử lý được bơm vào bể điều hòa.
- Chức năng: Ổn định lưu lượng và nồng độ ô nhiễm, tránh sốc tải.
- Thiết bị: Có hệ thống phân phối khí hoặc khuấy trộn để giữ cho nước thải đồng nhất và ngăn lắng cặn.

Giai đoạn 2: Xử lý Sinh học Đa bậc với MBBR

Quy trình này thường bao gồm các bể MBBR hoạt động ở các điều kiện khác nhau (thiếu khí, hiếu khí) để loại bỏ đồng thời chất hữu cơ và dinh dưỡng.

Bể MBBR Thiếu khí (Anoxic MBBR):
- Mục đích: Thực hiện quá trình khử Nitrat (Denitrification).
- Hoạt động: Nước thải từ bể điều hòa và dòng nước tuần hoàn giàu Nitrat từ bể hiếu khí được đưa vào bể này. Giá thể MBBR cung cấp bề mặt cho vi khuẩn thiếu khí phát triển. Hệ thống khuấy trộn (mixer) đảm bảo tiếp xúc tốt giữa vi sinh vật, chất hữu cơ và Nitrat, trong điều kiện không có oxy hòa tan. Nitrat được chuyển hóa thành khí Nitơ (N₂).
Bể MBBR Hiếu khí (Aerobic MBBR):
- Mục đích:
  - Oxy hóa BOD, COD còn lại bằng vi sinh vật hiếu khí bám trên giá thể.
  - Nitrat hóa Amoni (NH₄⁺) thành Nitrat (NO₃⁻) nhờ vi khuẩn tự dưỡng Nitrosomonas và Nitrobacter trong biofilm.
  - (Có thể kết hợp loại bỏ Phốt pho sinh học nếu thiết kế theo quy trình A²O có thêm ngăn kỵ khí trước đó).
- Hoạt động: Hệ thống sục khí đáy cung cấp oxy liên tục, giữ giá thể lơ lửng và tạo môi trường cho vi sinh vật hiếu khí và nitrat hóa hoạt động.
(Tùy chọn) Bể MBBR Thiếu khí thứ cấp (Post-Anoxic): Có thể cần thiết để khử nốt lượng Nitrat còn lại, đặc biệt khi yêu cầu xử lý Tổng Nitơ rất cao. Cần xem xét nguồn carbon cho quá trình này.

Giai đoạn 3: Xử lý Hóa lý Bổ sung (Loại bỏ Phốt pho & Cặn dư)

Mặc dù xử lý sinh học có thể loại bỏ một phần Phốt pho, nhưng để đạt tiêu chuẩn xả thải nghiêm ngặt về Tổng P, thường cần bổ sung xử lý hóa lý.

Bể Keo tụ: Nước thải từ bể MBBR cuối cùng được đưa sang. Châm hóa chất keo tụ (ví dụ: FeCl₃, PAC, phèn nhôm…) để kết tủa hóa học Phốt pho còn lại dưới dạng không tan (FePO₄↓, AlPO₄↓) và keo tụ các hạt cặn lơ lửng, biofilm bong tróc. Cần điều chỉnh pH phù hợp nếu cần.
Bể Tạo bông: Châm hóa chất trợ keo tụ (Polymer cation hoặc anion tùy thuộc vào điện tích bông cặn và hóa chất keo tụ) và khuấy chậm để tạo bông cặn lớn hơn.
Bể Lắng Lamella: Tách hiệu quả các bông cặn hóa lý và bùn sinh học dư bằng phương pháp lắng tấm nghiêng, tiết kiệm diện tích. Phần bùn lắng được bơm về bể chứa bùn. Phần nước trong chảy tràn sang công đoạn tiếp theo.

Giai đoạn 4: Lọc tinh và Khử trùng

Bồn Lọc Than hoạt tính: Sử dụng than hoạt tính để hấp phụ màu sắc còn sót lại, mùi, và các chất hữu cơ hòa tan khó phân hủy hoặc vi lượng, giúp nước thải đạt độ trong và chất lượng cao hơn trước khi khử trùng.
Thiết bị khử trùng bằng tia UV: Nước sau lọc than hoạt tính (đã rất trong) được dẫn qua thiết bị chiếu tia UV. Đây là phương pháp an toàn và hiệu quả để tiêu diệt triệt để các vi sinh vật gây bệnh còn lại (E. Coli, Coliforms…) mà không cần dùng hóa chất.

Giai đoạn 5: Xử lý Bùn

Bể chứa bùn: Thu gom bùn hóa lý từ bể lắng Lamella và bùn sinh học dư (từ biofilm bong tróc).
Bể cô đặc bùn: Làm đặc bùn bằng trọng lực để giảm thể tích. Nước tách từ quá trình cô đặc thường được dẫn về bể điều hòa.
Xử lý bùn cuối cùng: Bùn sau cô đặc được bơm đi xử lý tiếp (ví dụ: máy ép bùn) để tạo bánh bùn khô hơn. Bánh bùn sau đó được thu gom và chuyển giao cho đơn vị có chức năng xử lý theo quy định (chôn lấp hợp vệ sinh, compost, hoặc xử lý như CTNH tùy thuộc thành phần).

4. Đánh giá Hiệu quả và Tính Ưu việt của Hệ thống MBBR Kết hợp

Hệ thống xử lý kết hợp MBBR với các công đoạn hóa lý và xử lý bậc cao như trên cho phép đạt hiệu quả xử lý rất cao đối với nhiều chỉ tiêu ô nhiễm quan trọng như BOD, COD, TSS, Nitơ tổng, Phốt pho tổng và vi sinh vật gây bệnh.
Chất lượng nước đầu ra có khả năng đáp ứng các quy chuẩn xả thải nghiêm ngặt nhất (như QCVN 14:2025 Cột A hoặc QCVN 40:2025 Cột A/B tùy loại hình nước thải).
Giải quyết được bài toán diện tích xây dựng nhờ tính nhỏ gọn của bể MBBR và lắng Lamella.
Hệ thống vận hành ổn định, có khả năng chống chịu tốt với sự biến động của nước thải đầu vào.

5. Các Lưu ý khi Lựa chọn và Vận hành Công nghệ MBBR

Lựa chọn Giá thể và Tỷ lệ Làm đầy: Cần tính toán kỹ lưỡng dựa trên tải trọng ô nhiễm và mục tiêu xử lý để đảm bảo đủ diện tích bề mặt cho biofilm phát triển.
Thiết kế Cấp khí/Khuấy trộn: Phải đảm bảo đủ năng lượng để giá thể di chuyển liên tục và cung cấp đủ DO (cho bể hiếu khí) hoặc hòa trộn tốt (cho bể thiếu khí).
Màn chắn Giữ Giá thể: Thiết kế chắc chắn, chống tắc nghẽn và dễ vệ sinh.
Tiền xử lý: Cần loại bỏ hiệu quả rác, cát, dầu mỡ để bảo vệ hệ thống MBBR.
Giám sát Biofilm: Quan sát sự hình thành và phát triển của lớp biofilm trên giá thể để đánh giá tình trạng hoạt động của hệ thống.
Quản lý Bùn: Mặc dù MBBR tạo ít bùn dư hơn CAS, việc xử lý lượng biofilm bong tróc sau bể lắng/tách pha vẫn cần được thực hiện đúng cách.

Kết luận: MBBR – Công nghệ Xử lý Sinh học Tương lai, Đáp ứng Nhu cầu Phát triển Bền vững

Công nghệ MBBR đại diện cho một bước tiến quan trọng trong lĩnh vực xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học. Với khả năng xử lý hiệu quả cao, vận hành ổn định, tiết kiệm diện tích và linh hoạt trong ứng dụng, MBBR đang ngày càng trở thành lựa chọn hàng đầu cho việc xử lý nhiều loại nước thải khác nhau, từ sinh hoạt đến công nghiệp.

Việc kết hợp MBBR trong một quy trình xử lý đa bậc, bao gồm tiền xử lý kỹ lưỡng, xử lý hóa lý bổ sung (nếu cần loại bỏ P hoặc cặn dư), và các công đoạn hoàn thiện như lọc than hoạt tính, khử trùng UV, cho phép tạo ra chất lượng nước sau xử lý đạt các tiêu chuẩn môi trường khắt khe nhất.

Mặc dù có chi phí đầu tư ban đầu cho giá thể và yêu cầu thiết kế kỹ thuật cẩn thận, những lợi ích về hiệu quả xử lý, tiết kiệm diện tích và vận hành ổn định làm cho MBBR trở thành một giải pháp công nghệ xử lý nước thải hiệu quả, kinh tế và bền vững trong dài hạn, đáp ứng tốt yêu cầu phát triển đi đôi với bảo vệ môi trường.

Môi trường Green Star có hơn 12 năm kinh nghiệm trong lĩnh vực xử lý nước thải, quý khách hàng vui lòng liên hệ để được tư vấn miễn phí.