Bài viết được trích dịch từ tạp chí online waterworld.com
Tác giả: Bob Dabkowski, chuyên gia về nước thải của Hach với 8 năm kinh nghiệm về lĩnh vực ứng dụng các giải pháp tự động và điều khiển quy trình trong xử lý nước thải.
Tại những thời điểm lưu lượng tăng cao, các nhà vận hành tại nhà máy xử lý nước thải Dundee, MI, đã gặp các khó khăn đặc biệt về vấn đề duy trì mức chất rắn thích hợp trong các bể phản ứng màng sinh học, MBR (membrane bioreactor) để ngăn ngừa tình trạng tắc nghẽn màng lọc cũng như công đoạn làm sạch tốn kém. Với việc đưa vào sử dụng hiệu quả hệ thống theo dõi liên tục nồng độ MLSS (mixed liquor suspended solid), nhà máy hiện tại đã có thể nhận được các cảnh báo sớm từ hệ thống quan trắc hiện tượng chất rắn vượt mức cho phép tại các bể MBR và thu thập hiệu quả các thông tin điều khiển quy trình quan trọng để ra quyết định chính xác và có các điều chỉnh kịp thời.
Khi nhà máy xử lý nước thải của khu vực Dundee phải tiến hành thực hiện xả thải với nồng độ thấp hơn theo quy định mới của NPDES, đặc biệt là thông số BOD và Ammonia-Nitơ, cơ sở hạ tầng của nhà máy đồng thời cũng cần phải nâng cấp công suất xử lý do sự phát triển của khu vực. Để đáp ứng các yêu cầu này và tránh các nhu cầu xử lý trong tương lai, công nghệ xử lý bằng màng lọc (MBR) đã được ứng dụng cho hầu hết các nhà máy đang hoạt động trong năm 2005, bao gồm việc chuyển đổi từ công nghệ xử lý SBR (sequential bioreactor ) sang hệ thống sử dụng công nghệ MBR
Nhà máy đã được nâng cấp và mở rộng công suất từ 1.5 mgd (mega gallon per day) lên đến 3.0 mgd đỉnh điểm trong ngày. Hiện tại tải lượng mỗi ngày của nhà máy là 850,000 gpd (1 gallon/ngày = 3.785 lit/ngày)
Sau khi qua các giai đoạn lọc thô, dòng thải được đưa tới các bể tiền sục khí trước khi vào xử lý tại bốn bể MBR tải lượng 60,000 gallon, hay nói cách khác, hệ thống bể bùn hoạt tính đi cùng với bể lắng tách cuối cùng đã được thay thế bằng hệ thống lọc màng. Bùn được tách ra khỏi dòng thải đã xử lý được thực hiện trực tiếp tại các bể phản ứng sinh học hiếu khí thay vì sử dụng các bể lắng tách trọng lực to lớn. Hiệu quả loại bỏ chất rắn của màng cho phép nồng độ MLSS trong hệ thống có thể cao hơn 5 lần so với khả năng của các bể sục khí bùn hoạt tính truyền thống. Lợi ích này giúp hệ thống xử lý nước tận dụng hiệu quả và đạt hiệu suất xử lý tương tự với các hệ thống chiếm không gian lớn.
Lưu lượng cao đi cùng với phần trăm chất rắn cao
Đối với nhà máy Dundee, nồng độ chất rắn cao trong các bể phản ứng MBR thì cần thiết phải đưa vào sử dụng thiết bị đo đạc tiên tiến để theo dõi liên tục mức MLSS.
"Ví dụ như là, khi lưu lượng dòng thải cao đi vào nhà máy, ta có thể bắt gặp các hiện tượng nén bùn hay khử nước trong các bể MBR” theo Dave Rigel, người vận hành nhà máy cho biết. "có rất nhiều lý do cho những hiện tượng này, đó là dòng thải làm gia tăng thêm khối lượng bùn hoạt tính hồi lưu không hiệu quả khi ở đạt đỉnh. Trong những lúc đó, MLSS sẽ không nằm trong mức cân bằng và lượng chất rắn trong các bể MBR tăng từ 20,000 mg/L lên đến 30,000 mg/L, hay cao hơn."
Các màng lọc vẫn tiếp tục thẩm thấu nước trong thời gian này và do đó lượng bùn dày đặc tăng trong bể MBR.
"Mức chất rắn trong bể có thể tăng 4.5%" theo Rigel cho biết. "Các màng lọc không được thiết kế để chịu đựng lượng bùn gia tăng đến mức đó. Khi điều này xảy ra, bùn nén chặt làm tắc nghẽn màng. Nó không làm suy giảm tuổi thọ màng nhưng nó sẽ làm tắc nghẽn và làm tăng mức cản trở để nước có thể đi qua."
Một ví dụ cụ thể về vấn đề này, Rigel và hai người điều khiển nhà máy đang vận hành hệ thống từ 7 a.m. đến 3:30 p.m. Từ thứ hai đến thứ bảy. Các thời gian còn lại nhà máy hoạt động không có người theo dõi.
"Nếu hiện tượng tắc nghẽn bùn xuất hiện trong các bể lúc 4:00 chiều, thì phải đến ngày hôm sau khi chúng tôi bắt đầu làm việc mới có thể phát hiện được. Và phương pháp duy nhất để người vận hành biết được hiện tượng chỉ bằng cách quan sát trực tiếp. Có hai thanh bắt ngang mỗi bể để chúng tôi đi ngang trên đó và quan sát bằng mắt để kiểm tra tình trạng của hệ thống xem có cần phải điều chỉnh quy trình hay không"
Nếu bùn vượt quá 4.0 – 4.5% trong bể, nó có thể làm tắc nghẽn màng đến điểm mức phải tiến hành làm sạch, điều này thì rất nghiêm trọng và tốn kém.
"Nhà máy chưa có hệ thống để kéo màng ra khỏi bể phản ứng”, Rigel nói "Chúng tôi có một hệ thống rãnh kép với 11 cặp lỗ quay ở đáy và đỉnh của mỗi bể. Mỗi cặp lỗ quay có chứa 200 miếng màng xếp chồng với nhau. Với tổng cộng 4 bể, có hết thảy 17,600 miếng màng . Đây là vấn đề chủ yếu và quy trình làm sạch rất tốn kém do cần lấy màng ra khỏi lỗ quay và làm sạch từng tấm. Chúng tôi phải kí hợp đồng với bên ngoài để thực hiện công việc này và phải thuê cả cần cẩu để kéo từng cặp lỗ quay ra khỏi bể”
Từ khi khởi động năm 2005 đến nay, MBR đã phải tiến hành làm sạch 3 lần.
"Lần cuối cùng, chi phí để tháo màng ra khỏi hai bể gần $15,000. Ngoài ra, chúng còn làm giảm công suất của nhà máy, mỗi lần làm sạch, công giảm đi 33% trong một thời gian “ .
Tác giả: Bob Dabkowski, chuyên gia về nước thải của Hach với 8 năm kinh nghiệm về lĩnh vực ứng dụng các giải pháp tự động và điều khiển quy trình trong xử lý nước thải.
Tại những thời điểm lưu lượng tăng cao, các nhà vận hành tại nhà máy xử lý nước thải Dundee, MI, đã gặp các khó khăn đặc biệt về vấn đề duy trì mức chất rắn thích hợp trong các bể phản ứng màng sinh học, MBR (membrane bioreactor) để ngăn ngừa tình trạng tắc nghẽn màng lọc cũng như công đoạn làm sạch tốn kém. Với việc đưa vào sử dụng hiệu quả hệ thống theo dõi liên tục nồng độ MLSS (mixed liquor suspended solid), nhà máy hiện tại đã có thể nhận được các cảnh báo sớm từ hệ thống quan trắc hiện tượng chất rắn vượt mức cho phép tại các bể MBR và thu thập hiệu quả các thông tin điều khiển quy trình quan trọng để ra quyết định chính xác và có các điều chỉnh kịp thời.
Khi nhà máy xử lý nước thải của khu vực Dundee phải tiến hành thực hiện xả thải với nồng độ thấp hơn theo quy định mới của NPDES, đặc biệt là thông số BOD và Ammonia-Nitơ, cơ sở hạ tầng của nhà máy đồng thời cũng cần phải nâng cấp công suất xử lý do sự phát triển của khu vực. Để đáp ứng các yêu cầu này và tránh các nhu cầu xử lý trong tương lai, công nghệ xử lý bằng màng lọc (MBR) đã được ứng dụng cho hầu hết các nhà máy đang hoạt động trong năm 2005, bao gồm việc chuyển đổi từ công nghệ xử lý SBR (sequential bioreactor ) sang hệ thống sử dụng công nghệ MBR
Nhà máy đã được nâng cấp và mở rộng công suất từ 1.5 mgd (mega gallon per day) lên đến 3.0 mgd đỉnh điểm trong ngày. Hiện tại tải lượng mỗi ngày của nhà máy là 850,000 gpd (1 gallon/ngày = 3.785 lit/ngày)
Sau khi qua các giai đoạn lọc thô, dòng thải được đưa tới các bể tiền sục khí trước khi vào xử lý tại bốn bể MBR tải lượng 60,000 gallon, hay nói cách khác, hệ thống bể bùn hoạt tính đi cùng với bể lắng tách cuối cùng đã được thay thế bằng hệ thống lọc màng. Bùn được tách ra khỏi dòng thải đã xử lý được thực hiện trực tiếp tại các bể phản ứng sinh học hiếu khí thay vì sử dụng các bể lắng tách trọng lực to lớn. Hiệu quả loại bỏ chất rắn của màng cho phép nồng độ MLSS trong hệ thống có thể cao hơn 5 lần so với khả năng của các bể sục khí bùn hoạt tính truyền thống. Lợi ích này giúp hệ thống xử lý nước tận dụng hiệu quả và đạt hiệu suất xử lý tương tự với các hệ thống chiếm không gian lớn.
Lưu lượng cao đi cùng với phần trăm chất rắn cao
Đối với nhà máy Dundee, nồng độ chất rắn cao trong các bể phản ứng MBR thì cần thiết phải đưa vào sử dụng thiết bị đo đạc tiên tiến để theo dõi liên tục mức MLSS.
"Ví dụ như là, khi lưu lượng dòng thải cao đi vào nhà máy, ta có thể bắt gặp các hiện tượng nén bùn hay khử nước trong các bể MBR” theo Dave Rigel, người vận hành nhà máy cho biết. "có rất nhiều lý do cho những hiện tượng này, đó là dòng thải làm gia tăng thêm khối lượng bùn hoạt tính hồi lưu không hiệu quả khi ở đạt đỉnh. Trong những lúc đó, MLSS sẽ không nằm trong mức cân bằng và lượng chất rắn trong các bể MBR tăng từ 20,000 mg/L lên đến 30,000 mg/L, hay cao hơn."
Các màng lọc vẫn tiếp tục thẩm thấu nước trong thời gian này và do đó lượng bùn dày đặc tăng trong bể MBR.
"Mức chất rắn trong bể có thể tăng 4.5%" theo Rigel cho biết. "Các màng lọc không được thiết kế để chịu đựng lượng bùn gia tăng đến mức đó. Khi điều này xảy ra, bùn nén chặt làm tắc nghẽn màng. Nó không làm suy giảm tuổi thọ màng nhưng nó sẽ làm tắc nghẽn và làm tăng mức cản trở để nước có thể đi qua."
Một ví dụ cụ thể về vấn đề này, Rigel và hai người điều khiển nhà máy đang vận hành hệ thống từ 7 a.m. đến 3:30 p.m. Từ thứ hai đến thứ bảy. Các thời gian còn lại nhà máy hoạt động không có người theo dõi.
"Nếu hiện tượng tắc nghẽn bùn xuất hiện trong các bể lúc 4:00 chiều, thì phải đến ngày hôm sau khi chúng tôi bắt đầu làm việc mới có thể phát hiện được. Và phương pháp duy nhất để người vận hành biết được hiện tượng chỉ bằng cách quan sát trực tiếp. Có hai thanh bắt ngang mỗi bể để chúng tôi đi ngang trên đó và quan sát bằng mắt để kiểm tra tình trạng của hệ thống xem có cần phải điều chỉnh quy trình hay không"
Nếu bùn vượt quá 4.0 – 4.5% trong bể, nó có thể làm tắc nghẽn màng đến điểm mức phải tiến hành làm sạch, điều này thì rất nghiêm trọng và tốn kém.
"Nhà máy chưa có hệ thống để kéo màng ra khỏi bể phản ứng”, Rigel nói "Chúng tôi có một hệ thống rãnh kép với 11 cặp lỗ quay ở đáy và đỉnh của mỗi bể. Mỗi cặp lỗ quay có chứa 200 miếng màng xếp chồng với nhau. Với tổng cộng 4 bể, có hết thảy 17,600 miếng màng . Đây là vấn đề chủ yếu và quy trình làm sạch rất tốn kém do cần lấy màng ra khỏi lỗ quay và làm sạch từng tấm. Chúng tôi phải kí hợp đồng với bên ngoài để thực hiện công việc này và phải thuê cả cần cẩu để kéo từng cặp lỗ quay ra khỏi bể”
Từ khi khởi động năm 2005 đến nay, MBR đã phải tiến hành làm sạch 3 lần.
"Lần cuối cùng, chi phí để tháo màng ra khỏi hai bể gần $15,000. Ngoài ra, chúng còn làm giảm công suất của nhà máy, mỗi lần làm sạch, công giảm đi 33% trong một thời gian “ .
Đo đạc MLSS liên tục
Tháng 8 năm 2008 nhà máy bắt đầu lắp đặt các đầu dò online trong mỗi bể MRB để đo liên tục MLSS. Các sensor mới này giúp cảnh báo sớm một cách hiệu quả đến người vận hành khi mức chất rắn gia tăng trong hệ thống. Việc cài đặt các đầu đo này giúp hạn chế sự đánh giá bằng mắt thường, cung cấp thông tin cần thiết để người vận hành duy trì lượng chất rắn trong các bể không vượt mức nguy hiểm.
Các bộ phân tích chất rắn lơ lửng mới của Hach, Solitax sc, sử dụng hai tia hồng ngoại kép chiếu sáng với bộ đo ánh sáng tán xạ và bộ tiếp nhận để quan trắc nồng độ MLSS. Kỹ thuật tia hồng ngoại kép, loại trừ được hạn chế màu của nước, giảm thiểu việc hiệu chuẩn và tăng độ chuẩn xác, có chức năng tự làm sạch bề mặt với cần gạt tự động để giảm sai số. Các đầu đo này có thể sử dụng trong nhà máy có nồng độ chất rắn lơ lửng lên 150 g/L ở đầu vào, bể lọc/nén, bùn hoạt tính, bùn thô, lên men và bùn nén.
Đo liên tục nồng độ MLSS trong các bể MBR cho phép những người vận hành nhà máy Dundee duy trì được mức MLSS giới hạn chặt chẽ hơn trong suốt thời gian tải lượng cao. Không như các đầu đo thông thường, Solitax sc được thiết kế có thể bù trừ sự tăng màu của bùn hoạt tính gây ra bởi sự khác biệt trong thể tích các dòng chảy qua, biến đổi thời tiết hoặc do các điều kiện không mong muốn khác.
"Bây giờ nhìn vào màn hình máy tính để xem mức MLSS tại mỗi bể, trong suốt 24h một ngày. Biết được nồng độ MLSS tại bất kì thời điểm nào cho phép chúng tôi điều khiển tốt hơn chất lượng và số lượng sinh khối, có phản ứng kịp thời với sự biến đổi của dòng thải và tải lượng”
Người vận hành cài đặt chế độ báo động khi MLSS ở mức cao ở mỗi đầu đo.
"Khi MLSS gia tăng trong bể đến ngưỡng giới hạn – 20,000 mg/L, thì hệ thống SCADA sẽ gọi đến chúng tôi tại nhà và chúng tôi đến điều chỉnh lại van đầu ra ở bể nào gặp vấn đề để dòng chảy ra nhiều hơn và rửa sạch bùn nén ra ngoài. Một trong số chúng tôi có thể có mặt ở nhà máy trong vòng 15 phút và bắt đầu điều chỉnh van để ngăn chặn bùn tăng quá 2.0 – 2.5%" .
Kiểm soát quy trình
Giờ đây người vận hành đã có những thông tin cần thiết để có điều chỉnh thích hợp cho những lúc nhà máy có thể trong tình trạng gặp nguy hiểm.
"Nếu đầu đo đang báo cho chúng tôi biết rằng bùn đang dần dày lên tại bể số 4 chẳng hạn, chúng tôi sẽ để van đầu ra của bể số 4 để mở và tập trung đóng một phần các van bể 1,2 và 3. “ Rigel nói. "Cách đó, nhiều nước bùn sẽ được trực tiếp đi vào bể 4 để đẩy bớt chất rắn ra ngoài. Sau khi đã tiến hành điều chỉnh van, nhìn vào màn hình SCADA và kiểm tra tiến trình dựa vào những gì Soitax cho biết. Giá trị đo từ sensor là yếu tố chính để giúp chúng tôi có hành động xử lý phù hợp”
Rigel cho biết nhà máy đã không cần phải tiến hành các công việc bảo trì đối với Solitax và việc hiệu chỉnh đầu đo cũng tiến hành dễ dàng bằng cách sử dụng hệ số điều chỉnh để đo SS. Đầu đo có tương quan tốt với giá trị thu được tại phòng thí nghiệm.
"Một tuần một lần, chúng tôi lấy mẫu và phân tích tại phòng thí nghiệm để so sánh với kết quả đo của Solitax tại cùng thời điểm để kiểm định độ chính xác. Đầu đo hoàn toàn đúng với chênh lệch trong khoảng 1% với kết quả thu được tại phòng lab. Độ tin cậy của Solitax cao và hoàn toàn có thể lấy giá trị % chất rắn bay hơi trong bể tiền sục khí áp với giá trị đọc của Solitax để xác định tổng chất rắn bay hơi trong hệ thống, giá trị dùng để tính tuổi bùn. Chúng tôi tiết kiệm được nhiều thời gian khi không phải thực hiện thí nghiệm cho từng bể MBR như trước để có số liệu của chất rắn bay hơi”
Giảm thời gian ngưng hoạt động để bảo dưỡng
Việc ứng dụng đo liên tục MLSS cho phép nhà máy giảm đáng kể thời gian ngưng vận hành để sữa chữa hay bảo dưỡng hệ thống. Kiểm soát tốt nồng độ bùn nén ở màng giúp ngăn ngừa công việc tháo lắp để làm sạch.
"Trong 9 tháng đầu sau khi cài đặt, ước tính nhà máy đã tiết kiệm được ít nhất $40,000, chi phí phải bỏ ra để tiến hành làm sạch màng lọc nếu bị tắc nghẽn” Rigel nói.
"Cho tới nay, việc đo đạc liên tục MLSS đã giúp ngăn chặn bùn trong các bể MBR tăng quá 4% trong một số kì. Đối với nhà máy chúng tôi, đo đạc MLSS chính xác là cực kì quan trọng, nếu không có hệ thống đo đạc và kiểm soát này thì sẽ tốn kém nhiều chi phí hơn cho quá trình vận hành xử lý nước thải ”.
"Nếu đầu đo đang báo cho chúng tôi biết rằng bùn đang dần dày lên tại bể số 4 chẳng hạn, chúng tôi sẽ để van đầu ra của bể số 4 để mở và tập trung đóng một phần các van bể 1,2 và 3. “ Rigel nói. "Cách đó, nhiều nước bùn sẽ được trực tiếp đi vào bể 4 để đẩy bớt chất rắn ra ngoài. Sau khi đã tiến hành điều chỉnh van, nhìn vào màn hình SCADA và kiểm tra tiến trình dựa vào những gì Soitax cho biết. Giá trị đo từ sensor là yếu tố chính để giúp chúng tôi có hành động xử lý phù hợp”
Rigel cho biết nhà máy đã không cần phải tiến hành các công việc bảo trì đối với Solitax và việc hiệu chỉnh đầu đo cũng tiến hành dễ dàng bằng cách sử dụng hệ số điều chỉnh để đo SS. Đầu đo có tương quan tốt với giá trị thu được tại phòng thí nghiệm.
"Một tuần một lần, chúng tôi lấy mẫu và phân tích tại phòng thí nghiệm để so sánh với kết quả đo của Solitax tại cùng thời điểm để kiểm định độ chính xác. Đầu đo hoàn toàn đúng với chênh lệch trong khoảng 1% với kết quả thu được tại phòng lab. Độ tin cậy của Solitax cao và hoàn toàn có thể lấy giá trị % chất rắn bay hơi trong bể tiền sục khí áp với giá trị đọc của Solitax để xác định tổng chất rắn bay hơi trong hệ thống, giá trị dùng để tính tuổi bùn. Chúng tôi tiết kiệm được nhiều thời gian khi không phải thực hiện thí nghiệm cho từng bể MBR như trước để có số liệu của chất rắn bay hơi”
Giảm thời gian ngưng hoạt động để bảo dưỡng
Việc ứng dụng đo liên tục MLSS cho phép nhà máy giảm đáng kể thời gian ngưng vận hành để sữa chữa hay bảo dưỡng hệ thống. Kiểm soát tốt nồng độ bùn nén ở màng giúp ngăn ngừa công việc tháo lắp để làm sạch.
"Trong 9 tháng đầu sau khi cài đặt, ước tính nhà máy đã tiết kiệm được ít nhất $40,000, chi phí phải bỏ ra để tiến hành làm sạch màng lọc nếu bị tắc nghẽn” Rigel nói.
"Cho tới nay, việc đo đạc liên tục MLSS đã giúp ngăn chặn bùn trong các bể MBR tăng quá 4% trong một số kì. Đối với nhà máy chúng tôi, đo đạc MLSS chính xác là cực kì quan trọng, nếu không có hệ thống đo đạc và kiểm soát này thì sẽ tốn kém nhiều chi phí hơn cho quá trình vận hành xử lý nước thải ”.
Không có nhận xét nào:
Đăng nhận xét