Trong vài năm gần đây tại Việt Nam, công nghệ MABR ngày càng được nhắc đến nhiều trong lĩnh vực xử lý nước thải. Đặc biệt, các đối tác tại Malaysia đã nhiều lần khuyến khích chúng tôi triển khai và phân phối công nghệ này, đồng thời đánh giá MABR có tiềm năng lớn, thậm chí được xem là bước phát triển tiếp theo của công nghệ MBBR trong tương lai. Chính vì vậy, bài viết này nhằm giúp bạn có cái nhìn tổng quan và rõ ràng hơn về MABR.
Ở giai đoạn đầu, MABR vẫn chưa được ứng dụng rộng rãi. Một số chuyên gia trong ngành từng tiếp cận công nghệ này thông qua phần giới thiệu của Fluence tại sự kiện IFAT Munich. Khi đó, Fluence vẫn hoạt động dưới tên Emefcy – một cái tên gợi liên tưởng đến công nghệ pin nhiên liệu vi sinh (MFC). Ngay từ lần đầu tiếp cận, công nghệ này đã gây ấn tượng mạnh, tuy nhiên do những rào cản thương mại nên chưa có cơ hội triển khai rộng rãi. Hiện nay, khi điều kiện đã thuận lợi hơn, chúng tôi muốn giới thiệu MABR theo từng giai đoạn, bắt đầu từ việc tìm hiểu lịch sử và hiện trạng phát triển của công nghệ này.
MABR là gì?
Màng MABR (Membrane Aerated Biofilm Reactor) là công nghệ phản ứng sinh học màng sục khí. Đúng như tên gọi, đây là một quy trình sinh học sử dụng màng để cung cấp oxy. Tuy nhiên, cần lưu ý rằng “sục khí màng” không phải là sục khí vi bọt thông thường.
Thực chất, MABR là phiên bản cải tiến của công nghệ bùn hoạt tính truyền thống, có thể tích hợp trên các bể xử lý hiện có mà không cần thay đổi quá nhiều về kết cấu. Nhờ đó, hệ thống có thể xử lý lượng nước thải lớn hơn trong khi tiêu tốn ít năng lượng hơn cho quá trình truyền oxy.
Vậy cơ chế hoạt động của MABR là gì?
Các chuyên gia thường mô tả rằng: Hệ thống sử dụng màng thoáng khí đặc biệt để đưa oxy trực tiếp đến lớp màng sinh học bám trên bề mặt màng. Quá trình này có thể ví như hoạt động của phổi con người – nơi oxy được truyền trực tiếp đến các tế bào.
Giai đoạn hình thành ban đầu của công nghệ MABR
Những nghiên cứu đầu tiên liên quan đến công nghệ MABR trong xử lý nước thải có thể truy ngược về thập niên 1960. Vào thời điểm đó, hai nhà khoa học F. J. Ludzack và Morris Ettinger đã tiến hành thử nghiệm sử dụng màng nhựa có khả năng thấm khí để cung cấp oxy. Qua đó, họ quan sát được sự hình thành của lớp màng sinh học trên bề mặt vật liệu.
Tuy nhiên, vì nhiều lý do, hướng nghiên cứu này gần như bị gián đoạn trong suốt gần 30 năm. Mãi đến năm 1978, chủ đề này mới được khơi lại khi nhóm của Giáo sư Charles Jenkins công bố một nghiên cứu trên tạp chí chuyên ngành kỹ thuật môi trường. Trong nghiên cứu này, họ sử dụng ống mao dẫn Teflon làm màng thoáng khí kết hợp với nước thải tổng hợp để thử nghiệm. Kết quả đạt được rất khả quan, với hiệu suất loại bỏ BOD lên tới 90% ngay cả khi tải trọng hữu cơ cao. Tuy vậy, hệ thống khi đó chưa được gọi chính thức là MABR mà được mô tả gần giống như một dạng “lọc sinh học nhỏ giọt hiếu khí” – có thể do công nghệ lọc nhỏ giọt vốn đã rất phổ biến vào thời điểm đó.
Việc lựa chọn ống mao dẫn Teflon cũng không phải ngẫu nhiên. Nhiều ý kiến cho rằng nó được lấy cảm hứng từ một nghiên cứu đăng trên tạp chí Science năm 1972, trong đó các nhà khoa học Mỹ sử dụng mao mạch nhân tạo để nuôi cấy tế bào trong môi trường thí nghiệm. Nguyên lý truyền chất trong hai lĩnh vực này có nhiều điểm tương đồng, cho thấy sự giao thoa giữa công nghệ xử lý nước thải với sinh học và hóa học.
Tìm hiểu thêm: Giải pháp nâng cấp hệ thống xử lý nước thải với công nghệ MABR
Con đường thử nghiệm và phát triển
Sau giai đoạn khởi đầu, nghiên cứu về MABR một lần nữa rơi vào trạng thái trầm lắng cho đến năm 1986. Khi đó, Tiến sĩ Pierre Côté cùng các cộng sự đã công bố công trình trên tạp chí khoa học màng, đánh dấu bước tiến quan trọng đưa MABR quay trở lại đúng hướng phát triển.
Ông đã thiết kế mô-đun màng sợi rỗng, trong đó oxy được khuếch tán từ một phía của màng sang phía còn lại mà không tạo ra bọt khí. Chính vì vậy, phương pháp này còn được gọi là “sục khí không bọt”, giúp tăng hiệu quả truyền oxy và giảm tổn thất năng lượng.
Sau đó, Tiến sĩ Côté chuyển hướng sang nghiên cứu và phát triển công nghệ màng siêu lọc tại ZENON Environmental, nơi ông giữ vị trí Giám đốc công nghệ trước khi công ty này được GE mua lại.
Cùng thời gian này, Giáo sư Michael Semmens cũng tiến hành các nghiên cứu liên quan. Năm 1999, nhóm của ông công bố nghiên cứu về xử lý nước thải nhà máy bia có tải lượng cao bằng công nghệ MABR. Đây cũng là thời điểm thuật ngữ “MABR” chính thức được sử dụng rộng rãi và công nghệ bắt đầu bước vào giai đoạn thử nghiệm quy mô pilot.
Cũng trong năm đó, nhóm nghiên cứu của Giáo sư Eoin Casey đã công bố kết quả nghiên cứu về vật liệu màng truyền oxy trên tạp chí công nghệ sinh học. Họ cũng sử dụng thuật ngữ MABR, tuy nhiên chữ “A” được hiểu theo nghĩa “aerated” (có sục khí), khác với cách diễn giải “không bọt khí” trước đó.
Lời kết
Sự phát triển của công nghệ xử lý nước thải mới nhất MABR cho thấy đây là một công nghệ được hình thành từ nhiều giai đoạn thử nghiệm, kế thừa kiến thức liên ngành và từng bước hoàn thiện để trở thành giải pháp xử lý nước thải tiên tiến như hiện nay.
