Trong những năm gần đây, công nghệ màng sinh học xử lý nước thải công nghiệp đã và đang được quan tâm nghiên cứu, số công trình công bố, ứng dụng ngày càng tăng để đáp ứng kỳ vọng trên. Các bể phản ứng màng sinh học trong đó có bể phản ứng sinh học kỵ khí có sử dụng giá thể sinh học làm chất mang cho sự phát triển màng sinh học ( AnMBBR) được ưa chuộng hơn bởi khả năng làm việc ở nồng độ sinh khối cao, cho phép bể phản ứng hoạt động với tải lượng cao hơn, có hiệu quả loại bỏ đối với các hợp chất hữu cơ, có độ ổn định tốt hơn so với bể kỵ khí thông thường, việc tách bùn cũng dễ dàng hơn.

Tại Việt Nam, với những ưu điểm vượt trội, công nghệ MBBR đã chứng minh được rằng hiệu quả xử lý của nó có thể xử lý được nhiều loại nước thải, trong đó có nước thải sản xuất mía đường, nước thải sản xuất bia, nước thải sinh hoạt, nước rỉ rác,.... Năm 2019, Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô đã thực hiện đề tài nghiên cứu “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor – Giá thể sinh học tự do) nâng cao hiệu quả xử lý sinh học kỵ khí tại nhà máy giấy bao bì”. Kết quả đã chỉ ra rằng hiệu quả xử lý nước thải được nâng cao, hiệu suất xử lý của bể phản ứng MBBR kỵ khí đều đạt > 90%. 

Kế thừa các kết quả nghiên cứu, tận dụng cơ sở vật chất, trang thiết bị năm 2020, Viện Công nghiệp Giấy và Xenluylô đã đề xuất thực hiện đề tài KHCN cấp Bộ Công Thương “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ MBBR trong xử lý sinh học kỵ khí nước thải nhà máy sản xuất giấy bao bì công nghiệp” nhằm mục tiêu xây dựng được quy trình công nghệ xử lý sinh học kỵ khí nước thải nhà máy sản xuất giấy bao bì công nghiệp, có ứng dụng công nghệ MBBR (bể sinh học có giá thể di động).

TS Nguyễn Thị Thu Hiền - chủ nhiệm đề tài cho biết “AnMBBR (Anaerobic Moving Bed Biofilm Reactor) là công nghệ bùn hoạt tính áp dụng kĩ thuật vi sinh bám dính trên lớp giá thể sinh học tự do. Công nghệ này có được ưu thế của cả quá trình bùn hoạt tính và màng sinh học khi sử dụng giá thể nổi chuyển động tự do để đạt được diện tích bề mặt màng sinh học như mong muốn.

Đến nay, công nghệ AnMBBR được các nước trên thế giới áp dụng trong xử lý nước thải đô thị, các ngành công nghiệp: sản xuất bột giấy và giấy, công nghiệp hóa chất, thực phẩm và cả dược phẩm, thực phẩm ...  AnMBBRs đã được nghiên cứu để xử lý các loại nước thải công nghiệp khác nhau ở các VCR và HRT khác nhau. Tuy nhiên, tại Việt Nam, chưa có nghiên cứu, thử nghiệm hay ứng dụng công nghệ AnMBBR trong xử lý nước thải sản xuất giấy và đặc biệt là nhà máy sản xuất giấy bao bì. Từ mục tiêu đặt ra, nghiên cứu ở quy mô thí nghiệm sẽ là cơ sở để tiến hành nghiên cứu ứng dụng thực tế tại nhà máy và phát triển các nghiên cứu tiếp theo.”

Để nâng cao hiệu quả hệ thống xử lý nước thải nhà máy sản xuất giấy bao bì, đạt được mục tiêu nước thải sau khi xả thải ra môi trường đạt tiêu chuẩn xả thải (cột A, QCVN 12-MT:2015/BTNMT) bể phản ứng công nghệ AnMBBR sẽ được nghiên cứu để bổ sung trong bước xử lý sinh học kỵ khí. Định hướng các nội dung nghiên cứu của bể AnMBBR gồm có: Khảo sát đánh giá công nghệ thiết bị xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí tại một số doanh nghiệp sản xuất giấy bao bì công nghiệp; Nghiên cứu xây dựng quy trình xử lý nước thải sản xuất giấy bao bì theo công nghệ kỵ khí có giá thể di động ở quy mô phòng thí nghiệm; Thiết kế, xây dựng mô hình, thiết bị xử lý nước thải sản xuất giấy theo phương pháp kỵ khí có ứng dụng MBBR quy mô pilot; Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật và môi trường: Trên cơ sở các số liệu nghiên cứu tiến hành tổng hợp, đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật và môi trường.

Nhóm tác giả đã nghiên cứu xây dựng được quy trình xử lý nước thải sản xuất giấy bao bì theo công nghệ kỵ khí có giá thể di động ở quy mô phòng thí nghiệm. Trong đó, lựa chọn được loại giá thể phù hợp với bể AnMBBR, đặc trưng cơ bản diện tích bề mặt tiếp xúc 8.000 – 12.000 m²/m³; hình khối lập phương, đường kính 8x8mm; làm bằng vật liệu nhựa PVC; khối lượng riêng 20kg/m³; Xác định được các điều kiện vận hành bể phản ứng: thể tích giá thể trong bể phản ứng là 20 %; pH từ 6,8 – 7,2; tỷ lệ dinh dưỡng C:N:P là 400:7:1; vi lượng sử dụng 0,75ml/l; thời gian lưu nước là 6h. Từ đó, xây dựng quy trình công nghệ xử lý nước thải bằng phương pháp kỵ khí có bổ sung giá thể MBBR quy mô phòng thí nghiệm. Hiệu suất xử lý COD đạt trung bình 75,2%; COD đạt 85,8%, lưu lượng khí CH4 là 0,5m³/kgCOD. 

Ngoài ra, đã thiết kế, xây dựng mô hình, thiết bị xử lý nước thải sản xuất giấy theo phương pháp kỵ khí có ứng dụng MBBR quy mô pilot bao gồm: Mô hình thiết bị có quy mô công suất 1m³/ngày đêm; hiệu suất xử lý COD đạt > 80%; BOD> 85%, nồng độ COD đầu vào 1500 – 2500 mg/l  (> 1500 mg/l), lưu lượng khí CH4 là 0,5m³/kgCOD. Nước thải sau khi ra khỏi bể được kết nối với bể hiếu khí, đánh giá chất lượng nước đạt QCVN 12:2015/MT-BTNMT (cột A). Các bộ phận đính kèm hệ thống gồm có giá thể; Áp kế; Khuấy chìm, điều nhiệt, …

Trên cơ sở đó, đề tài xây dựng được “Quy trình công nghệ xử lý kỵ khí nước thải nhà máy sản xuất giấy bao bì công nghiệp, có ứng dụng công nghệ MBBR (bể sinh học có giá thể di động) quy mô 1m³, áp dụng cho nước thải có nồng độ COD ≥ 1500mg/l; hiệu quả xử lý COD >80% ”. Quy trình đã đạt các chỉ tiêu vận hành: Hiệu suất xử lý COD đạt 83,35%; BOD đạt 86,08%, tất cả đều > 80% và tăng 5% so với bể kỵ khí thông thường. Nồng độ CH4 đạt 0,65%. Thời gian lưu bùn là 10,3 ngày; thời gian lưu nước là 6h.

Sau khi đánh giá kết quả ứng dụng thử nghiệm quy trình công nghệ quy mô pilot tại nhà máy sản xuất giấy bao bì công nghiệp là Công ty TNHH Giấy Hưng Hà quy mô công suất 30.000 tấn/năm. Kết quả xử lý đạt hiệu suất trung bình của BOD, COD và TSS lần lượt là 85,21%; 82,81% và 80,96%. Hiệu suất đều đạt > 80%. So sánh với hiệu suất xử lý của bể kỵ khí thông thường, hiệu suất xử lý BOD cao hơn + 6,94%; COD cao hơn + 8,05% và TSS cao hơn + 4,85%. Các chỉ tiêu ô nhiễm và nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải theo QCVN 12/2015/MT-BTNMT (cột A) và đánh giá hiệu quả.