Tiết kiệm chi phí năng lượng trong quá trình xử lý bùn hoạt tính

Năng lượng tiêu thụ là một trong những chí phí lớn nhất trong quá trình vận hành một nhà máy xử lý nước thải. Trong quá trình xử lý bùn hoạt tính, năng lượng tiêu thụ có thể tiêu tốn đến hàng ngàn đô la.

Các chất rắn hiện diện trong dòng ra từ bể lắng sơ cấp là các hạt có thể lắng tốt. Quy định của cơ quan bảo vệ môi trường Mỹ yêu cầu loại bỏ những chất thải hữu cơ này để ngăn ngừa ô nhiễm như là có thể gây nên bệnh tật, cá chết và bùng phát tảo. Quá trình bùn hoạt tính sẽ loại bỏ được những chất lơ lửng này bằng cách chuyển chúng thành các chất rắn dễ sa lắng. Quá trình này do sử dụng hỗn hợp nhóm các vi sinh vật bao gồm vi khuẩn, động vật nguyên sinh và các rotifer để phá vỡ chất thải hữu cơ thành chất thải vô cơ. Tuy nhiên, quá trình bùn hoạt tính trong nhà máy xử lý thì tăng tốc độ xử lý so với trong tự nhiên bằng cách kiểm soát điều kiện môi trường tối ưu.
Các máy thổi khí cung cấp oxy cần thiết cho sự tồn tại của vi khuẩn trong quá trình bùn hoạt tính. Tuy nhiên, lượng oxy hòa tan (DO) nếu quá cao có thể gây ra tình trạng kết tủa lơ lửng không lắng trong bể lắng, vài trường hợp các khối bông cặn bùn và làm tiêu tốn nhiều năng lượng điện không cần thiết. Nồng độ DO quá thấp cũng gây ảnh hưởng đến quá trình hô hấp của vi khuẩn để tiêu thụ chất thải trong nước đầu vào. Nồng độ DO không thích hợp gây ra các tác động tiêu cực và kết quả là hiệu quả xử lý sẽ không đạt yêu cầu cho phép.
Các vấn đề khó khăn với các phương pháp kiểm soát chung
Các nhà vận hành tại hầu hết các nhà máy xử lý nước thải sử dụng máy đo DO và lắp đặt các máy thổi khí ở tốc độ không đổi tại bể bùn hoạt tính. Phương pháp cố định này sẽ không thể điều chỉnh được quy trình. Ví dụ như khi nhu cầu oxy giảm trong suốt buổi tối mùa đông do sự giảm nhiệt độ, phương pháp này không thể tự động điều chỉnh giảm lượng thổi khí và do đó lãng phí năng lượng điện. Ngược lại, khi nhu cầu oxy lớn do lượng thải từ nước thải công nghiệp có thể làm giảm DO và lấy đi toàn bộ lượng oxy có trong quá trình bùn hoạt tính, nếu quy trình không được tự động tăng lượng thổi khí.
Người vận hành sẽ không thu thập được số liệu DO cần thiết cho những điều kiện trên và do đó không thể tối ưu quá trình và tiết kiệm năng lượng điện.
Tiết kiệm năng lượng điện với hệ thống tự động hóa
Các nhà máy xử lý nước thải có thể cắt giảm lượng điện tiêu thụ trong quá trình xử lý bùn hoạt tính. Các động cơ năng lượng hiệu quả và bộ biến tần (VFD) kết hợp với bộ phân tích DO liên tục được lắp đặt và bảo trì thích hợp sẽ làm giảm chi phí năng lượng.
Ví dụ, máy phân tích Hach sc100 với đầu dò LDO có thể định dạng gửi tín hiệu 4-20mA tới một biến tần hoặc được kết nối với một thiết bị PLC hay hệ thống SCADA. Hệ thống điều khiển tự động tăng hay giảm tốc độ thổi khí để đáp ứng đúng lượng DO cần thiết trong bể hiếu khí. Một nghiên cứu được IAMU thực hiện năm 1998 chứng minh được việc sử dụng các thiết bị này sẽ giảm được 25% chi phí cho năng lượng cho quá trình bùn hoạt tính.
Tóm lại, khi ứng dụng các thiết bị phân tích liên tục và hệ thống điều khiển tự động để tối ưu lượng oxy hòa tan trong quá trình xử lý bùn hoạt tính sẽ góp phần làm giảm chi phí tiêu thụ điện cho một nhà máy xử lý nước thải.