Tại nhiều hệ thống xử lý nước thải, có một tình huống khá quen thuộc: máy thổi khí vận hành gần như liên tục nhưng DO bể Aerotank thấp, vi sinh có dấu hiệu yếu, mùi bắt đầu xuất hiện và chất lượng nước sau xử lý thiếu ổn định.
Phản ứng thường gặp là tăng thời gian chạy blower, nâng công suất máy hoặc bổ sung thêm thiết bị.
Tuy nhiên, Dissolved Oxygen – DO (oxy hòa tan) thấp chỉ cho biết lượng oxy cấp vào bể đang không theo kịp lượng oxy mà vi sinh tiêu thụ. Nguyên nhân có thể nằm ở phía cung cấp oxy (lưu lượng khí thực tế, hiệu suất truyền oxy, hệ thống phân phối khí) hoặc phía nhu cầu oxy (tải hữu cơ, tải nitơ, lượng bùn hoạt tính, nhiệt độ). Thậm chí, chính phép đo DO cũng có thể chưa phản ánh đúng thực tế. Vì vậy, DO thấp không mặc nhiên đồng nghĩa với việc blower thiếu công suất.
Vì vậy, trước khi đầu tư thêm máy thổi khí, doanh nghiệp nên xác định một câu hỏi quan trọng hơn: lượng khí đang cấp vào bể có thực sự được chuyển thành oxy hòa tan và được sử dụng hiệu quả hay không?
DO bể Aerotank thấp không nhất thiết do thiếu công suất blower
Trong bể sinh học hiếu khí, blower chỉ là một mắt xích của toàn bộ hệ thống cấp khí.
Không khí phải đi qua lọc gió, đường ống, van, header và diffuser trước khi oxy có thể truyền vào nước. Vì vậy, blower vẫn có thể hoạt động liên tục nhưng lượng oxy thực sự hòa tan vào bể lại không đáp ứng nhu cầu của quá trình sinh học.
Về nguyên lý, lượng oxy chuyển vào nước phụ thuộc vào lưu lượng khí thực tế cấp cho bể và hiệu suất truyền oxy của hệ thống diffuser trong điều kiện nước thải thực tế. Do đó, “tăng công suất blower” trong thực tế chính là tăng lưu lượng khí, và cần được đánh giá cùng áp suất làm việc, chứ không chỉ dựa vào công suất điện (kW) của motor.
Khi nghi ngờ thiếu oxy trong bể Aerotank, cần rà soát cả chuỗi cấp khí gồm blower, lọc gió, đường ống, van, diffuser và áp suất xả, thay vì chỉ nhìn vào blower. Một lần đo DO đơn lẻ cũng chưa đủ để kết luận hệ thống đang được cấp khí phù hợp.
Cũng cần hiểu đúng thế nào là “DO thấp”: đó là DO thấp so với giá trị mục tiêu của thiết kế. Với bể hiếu khí bùn hoạt tính thông thường, DO thường được duy trì trong khoảng 1,5–3 mg/L; nếu hệ thống cần nitrat hóa ổn định thì không nên thấp hơn khoảng 2 mg/L. Ngược lại, DO cao hơn nhiều so với mục tiêu cũng là tín hiệu lãng phí điện năng. Tuy nhiên, Giá trị cụ thể của từng nhà máy cần căn cứ hồ sơ thiết kế và yêu cầu xử lý.
Bài toán vì thế không chỉ là “blower có chạy hay không”, mà là:
- Số đo DO hiện tại có đáng tin cậy và đại diện cho toàn bể không?
- Lưu lượng khí thực tế có đạt như kỳ vọng và đến đúng vị trí không?
- Bọt khí có phân bố đồng đều không?
- Diffuser có bị bám bẩn, đóng cặn hoặc tắc nghẽn không?
- Nhu cầu oxy thực tế có tăng so với thiết kế ban đầu không?
- Hệ thống có đang tiêu tốn điện nhưng truyền oxy kém hiệu quả không?
Vì sao blower chạy nhiều nhưng DO vẫn thấp?
1. Diffuser bị fouling hoặc đóng cặn làm giảm hiệu suất truyền oxy
Fouling là hiện tượng màng sinh học, chất hữu cơ hoặc cặn vô cơ (scaling) bám trên bề mặt và trong các lỗ khí của diffuser. Ngoài ra, diffuser còn có thể bị tắc từ phía khí (do bụi, gỉ sét, cặn từ đường ống) hoặc bị lão hóa vật liệu màng sau nhiều năm vận hành. Các hiện tượng này đều làm hiệu suất sục khí suy giảm theo thời gian.
Khi diffuser bị fouling, Oxygen Transfer Efficiency – OTE (hiệu suất truyền oxy, tức tỷ lệ oxy trong khí cấp được hòa tan vào nước) có thể giảm, đồng thời tổn thất áp suất qua diffuser tăng. Khi đó, blower phải làm việc ở áp suất cao hơn và tiêu thụ nhiều điện hơn, trong khi lượng oxy hòa tan vào nước lại giảm so với điều kiện thiết bị sạch.
Theo tài liệu kỹ thuật của US EPA về sục khí bọt mịn, diffuser bọt mịn dễ bị fouling hóa học hoặc sinh học, làm giảm hiệu suất truyền oxy, tăng tổn thất áp và cần được làm sạch định kỳ. Diffuser bọt thô ít nhạy với fouling hơn, nhưng bù lại có hiệu suất truyền oxy ban đầu thấp hơn.
Một điểm cần lưu ý là không nên chỉ dựa vào áp suất xả của blower để kết luận diffuser còn sạch. Phần tổn thất áp qua diffuser thường chỉ chiếm một phần nhỏ trong tổng áp suất xả (phần lớn là áp suất thủy tĩnh của cột nước), nên hiệu suất truyền oxy có thể đã suy giảm đáng kể trước khi áp suất xả thay đổi rõ rệt. Cần kết hợp thêm các chỉ số trực tiếp hơn như tổn thất áp riêng của diffuser, quan sát phân bố bọt khí và thử nghiệm hiệu suất truyền oxy.
2. Đường ống, van hoặc header làm phân phối khí không đều
Rò rỉ đường ống, màng diffuser bị rách, van điều tiết chưa cân bằng, nước ngưng đọng trong đường khí hoặc một số nhánh diffuser bị tắc có thể tạo ra tình trạng vùng nhiều khí, vùng ít khí. Khí luôn ưu tiên đi theo đường có trở lực thấp nhất, nên các nhánh bị hạn chế càng làm phân phối lệch đi.
Quan sát bề mặt bể có thể nhận thấy bọt tập trung bất thường tại một số khu vực, trong khi những vị trí khác gần như không có chuyển động rõ ràng.
Phân bố khí không đồng đều, dead zone (vùng ít xáo trộn) và các vùng xáo trộn khác biệt là những dấu hiệu cần kiểm tra diffuser, van và khả năng cân bằng hệ thống phân phối khí.
3. Tải hữu cơ và tải nitơ đầu vào tăng
Nhu cầu oxy của bể là lượng oxy vi sinh cần để oxy hóa chất hữu cơ (BOD, COD), nếu có nitrat hóa, để oxy hóa amoni. Khi lưu lượng hoặc tải ô nhiễm tăng, nhu cầu oxy cũng tăng theo.
Một hệ thống từng vận hành ổn định không có nghĩa vẫn còn đủ dự phòng khi nhà máy tăng sản lượng, thay đổi nguyên liệu hoặc xuất hiện dòng thải có tải lượng cao. Nhu cầu oxy cũng dao động theo ca sản xuất, nên DO có thể chỉ thấp vào giờ cao điểm.
Quá trình nitrat hóa tiêu thụ một lượng oxy đáng kể. Vì vậy, nước thải có nồng độ amoni hoặc nitơ cao sẽ đòi hỏi nhiều oxy hơn so với trường hợp chỉ xử lý chất hữu cơ.
Do đó, nếu chỉ tăng blower mà không đối chiếu tải thực tế, doanh nghiệp có thể đang xử lý phần biểu hiện thay vì nguyên nhân.
4. MLSS và trạng thái bùn hoạt tính thay đổi
Mixed Liquor Suspended Solids – MLSS (chất rắn lơ lửng trong hỗn hợp bùn hoạt tính) phản ánh tổng lượng bùn trong bể, nhưng chưa phản ánh trực tiếp mức độ hoạt động của vi sinh. Chỉ số này cần được xem cùng DO, MLVSS (phần chất rắn bay hơi, gần với sinh khối hữu cơ hơn), tỷ lệ F/M, tuổi bùn (SRT) và tải hữu cơ.
MLSS không nên được dùng riêng lẻ để kết luận nguyên nhân DO thấp. Tuy nhiên, khi lượng sinh khối thay đổi đáng kể so với điều kiện thiết kế, nhu cầu oxy và yêu cầu khuấy trộn của bể cũng cần được đánh giá lại. Bùn nồng độ cao còn có xu hướng làm giảm khả năng truyền oxy trong hỗn hợp bùn so với nước sạch.
Bùn khó lắng, bông bùn bất thường hoặc bọt nổi nhiều cũng là những dấu hiệu cho thấy trạng thái vi sinh đã thay đổi, kéo theo thay đổi về nhu cầu oxy. Do đó, kiểm tra DO mà bỏ qua MLSS và trạng thái bùn thường chưa đủ để nhìn toàn bộ trạng thái bể sinh học.
5. Nhiệt độ và đặc tính nước thải làm giảm khả năng truyền oxy
Nồng độ oxy bão hòa trong nước giảm khi nhiệt độ tăng. Vào mùa nóng hoặc với nước thải có nhiệt độ cao, chênh lệch giữa DO bão hòa và DO trong bể (động lực của quá trình truyền oxy) nhỏ hơn, trong khi hoạt động hô hấp của vi sinh lại mạnh hơn.
Bên cạnh đó, chất hoạt động bề mặt (xà phòng, chất tẩy rửa), dầu mỡ và một số thành phần khác của nước thải làm giảm khả năng truyền oxy so với nước sạch, thường được thể hiện qua hệ số alpha. Nghĩa là diffuser được chọn theo hiệu suất trong nước sạch có thể truyền ít oxy hơn đáng kể trong điều kiện thực tế.
6. Chiều sâu bể, điểm vận hành và tình trạng của chính blower
Không khí phải thắng được áp suất thủy tĩnh tại vị trí diffuser cùng với tổn thất của đường ống, van và thiết bị. Vì vậy, chiều sâu nước trong bể ảnh hưởng trực tiếp đến áp suất xả mà blower phải tạo ra. Chiều sâu ngập diffuser cũng ảnh hưởng đến hiệu suất truyền oxy: ngập sâu hơn thường truyền oxy tốt hơn nhưng đòi hỏi áp suất cao hơn.
Vì vậy, khi đánh giá blower, không nên chỉ nhìn công suất motor. Cần xem đồng thời lưu lượng khí, áp suất làm việc và điểm vận hành thực tế so với đường đặc tính của thiết bị.
Bản thân blower cũng có thể không cấp đủ khí như kỳ vọng: lọc gió đầu hút bị bẩn, dây đai bị trượt, mòn bên trong làm rò khí nội bộ (đặc biệt với blower thể tích kiểu Roots), nhiệt độ khí hút cao làm giảm khối lượng khí và oxy cấp thực tế, hoặc van xả và đường bypass mở chưa phù hợp. Do đó, cần đo lưu lượng khí thực tế thay vì chỉ dựa vào thời gian chạy hay dòng điện của motor.
Checklist 7 điểm cần kiểm tra trước khi tăng blower
Trước khi quyết định nâng công suất máy thổi khí, đội vận hành có thể rà soát theo thứ tự sau. Bước 1 nên làm trước, vì nếu số đo DO chưa đáng tin cậy thì các bước còn lại sẽ dựa trên dữ liệu sai. Các bước 2, 3, 4 và 7 xem xét phía cấp khí; các bước 5 và 6 xem xét phía nhu cầu oxy.
1. Đo DO tại nhiều vị trí trong bể
Trước hết, cần chắc chắn số đo DO đáng tin cậy: hiệu chuẩn đầu dò, vệ sinh cảm biến, kiểm tra tuổi thọ của màng hoặc điện cực và đối chiếu với một máy đo cầm tay đã hiệu chuẩn. Đầu dò bị bám bẩn hoặc đặt sai vị trí (sát diffuser, vùng ứ đọng) là nguyên nhân phổ biến dẫn đến kết luận sai.
Không chỉ đo một điểm gần đầu dò cố định. Nên kiểm tra đầu bể, giữa bể, cuối bể và những khu vực nghi ngờ thiếu khí, ở độ sâu đại diện. Nếu có điều kiện, cần ghi nhận vào nhiều thời điểm vận hành khác nhau, gồm cả giờ cao điểm và giờ thấp điểm.
DO profile sẽ giúp xác định vấn đề xảy ra trên toàn bể hay chỉ tập trung ở một khu vực. Với bể dòng chảy kiểu plug-flow, DO ở đầu bể thường thấp hơn cuối bể vì nhu cầu oxy cao nhất ở đầu bể; cần đối chiếu với thiết kế phân bố khí trước khi kết luận là bất thường.
2. Kiểm tra áp suất xả và lưu lượng khí của blower
Đối chiếu áp suất xả hiện tại với hồ sơ vận hành trước đây, điều kiện thiết kế và đường đặc tính của blower. Nếu có đồng hồ đo lưu lượng khí, ghi nhận lưu lượng cùng thời điểm đo DO. Đồng thời kiểm tra lọc gió đầu hút, dây đai và nhiệt độ khí hút.
Áp suất tăng so với trước thường gợi ý tắc nghẽn hoặc tổn thất tăng (diffuser, lọc gió, van đóng bớt, nước đọng trong đường ống). Áp suất giảm ở cùng chế độ vận hành có thể gợi ý rò rỉ, rách màng diffuser hoặc hư hỏng đường ống. Cả hai hướng đều cần được kiểm tra thêm.
Tuy nhiên, không nên dùng riêng chỉ số này để kết luận diffuser bị fouling hoặc vẫn còn sạch.
3. Kiểm tra chênh áp và khả năng lưu thông khí
Rà soát từ blower đến header, các ống đứng (drop pipe) và các nhánh phân phối.
Mục tiêu là xác định có vị trí nào gây tổn thất áp suất bất thường, van mở chưa phù hợp, nước ngưng đọng, rò rỉ tại mối nối hoặc đường ống bị hạn chế dòng khí hay không. Có thể so sánh áp suất giữa các nhánh với nhau và với số liệu thời điểm hệ thống mới vận hành hoặc sau lần cân chỉnh gần nhất.
4. Quan sát phân bố bọt khí
Bọt khí nên được quan sát trên toàn bộ vùng sục khí.
Các vùng gần như không có bọt, bọt tập trung cục bộ hoặc bề mặt xáo trộn không đồng đều đều là tín hiệu cần kiểm tra sâu hơn hệ thống diffuser và van phân phối. Với diffuser bọt mịn, bọt lớn nổi cục bộ thường gợi ý rách màng hoặc rò khí. Quan sát bề mặt chỉ mang tính định tính, nên cần kết hợp với DO profile và số liệu lưu lượng khí.
5. Kiểm tra MLSS và tình trạng bùn hoạt tính
Đối chiếu MLSS (và MLVSS nếu có) với lịch sử vận hành và điều kiện thiết kế của hệ thống.
Song song đó, cần quan sát màu bùn, khả năng lắng, trạng thái bông bùn và các chỉ số vận hành sinh học đang được nhà máy theo dõi. Nếu có điều kiện, đo tốc độ tiêu thụ oxy của bùn (OUR) để đánh giá nhu cầu oxy thực tế.
6. Kiểm tra tải hữu cơ đầu vào
So sánh lưu lượng, đặc tính nước thải (COD, BOD, amoni hoặc nitơ nếu có) và tải sản xuất hiện tại với thời điểm hệ thống vận hành ổn định. Cần xem biến động theo giờ và theo ca sản xuất, không chỉ giá trị trung bình ngày.
Nếu tải đầu vào đã thay đổi, nhu cầu oxy hiện tại có thể không còn giống điều kiện thiết kế hoặc vận hành trước đây.
7. Kiểm tra tình trạng diffuser
Đánh giá lịch sử vệ sinh, tuổi vận hành, mức độ fouling hoặc đóng cặn, tình trạng màng (rách, cứng, biến dạng) và phân phối bọt khí.
Nếu diffuser suy giảm hiệu suất, tăng thêm khí chưa chắc giải quyết được nguyên nhân. Trong một số trường hợp, việc tăng khí còn làm tăng điện năng mà hiệu quả truyền oxy cải thiện không tương xứng. Tùy kết quả đánh giá, diffuser có thể được vệ sinh, thay màng hoặc thay mới theo khuyến cáo của nhà sản xuất.
Khi nào doanh nghiệp cần rà soát hệ thống sục khí?
Doanh nghiệp nên thực hiện đánh giá chuyên sâu khi xuất hiện một hoặc nhiều dấu hiệu sau, đặc biệt khi các dấu hiệu kéo dài:
- Blower phải chạy dài hơn so với trước.
- DO vẫn thấp dù thời gian cấp khí đã tăng.
- Điện năng cho hệ thống sục khí tăng.
- Bọt khí phân bố không đều.
- Bể xuất hiện vùng ít khuấy trộn.
- Vi sinh suy yếu hoặc nước đầu ra dao động.
- Áp suất blower tăng hoặc giảm bất thường so với trước.
- Nhà máy đã tăng sản lượng hoặc thay đổi tải đầu vào.
- Diffuser đã vận hành thời gian dài nhưng chưa được đánh giá hiệu suất.
Mục tiêu của bước rà soát không phải ngay lập tức xác định thiết bị nào cần thay.
Mục tiêu đầu tiên là thiết lập được baseline hiện trạng: hệ thống cần bao nhiêu oxy (nhu cầu oxy thực tế), đang cấp bao nhiêu khí (lưu lượng khí đo được) và bao nhiêu phần oxy trong lượng khí đó thực sự truyền vào nước (hiệu suất truyền oxy trong điều kiện vận hành thực tế).
Khi cần số liệu chính xác về hiệu suất truyền oxy, có thể áp dụng các phương pháp thử nghiệm tại hiện trường như đo khí thoát mặt bể (off-gas test), do đơn vị có chuyên môn thực hiện.
Góc nhìn giải pháp từ ARES
Với các hệ thống đang gặp tình trạng DO thấp kéo dài, hướng tiếp cận phù hợp nên bắt đầu từ khảo sát hiện trạng thay vì mặc định tăng công suất blower.
ARES có thể đồng hành rà soát theo nhóm công việc:
- Đo DO theo từng vùng trong bể và kiểm tra độ tin cậy của phép đo.
- Đo lưu lượng khí và đánh giá phân bố khí.
- Kiểm tra áp suất và đường khí.
- Rà soát diffuser, van và header.
- Đối chiếu MLSS và tải hữu cơ thực tế.
- Đánh giá tương quan giữa nhu cầu oxy và hệ thống cấp khí hiện hữu.
- Xác định khả năng tối ưu vận hành trước khi xem xét Retrofit (cải tạo, nâng cấp).
Xem thêm bài viết: Bể DAF tốn PAC và Polymer nhưng nước vẫn đục: 6 lỗi vận hànhXem thêm bài viết: Bùn hoạt tính khó lắng: 7 nguyên nhân làm SVI tăng và cách xử lý trước khi TSS đầu ra mất ổn định
Kết luận: DO thấp là tín hiệu cần chẩn đoán, không phải kết luận phải tăng blower
Khi DO bể Aerotank thấp, tăng công suất blower có thể là một phương án. Nhưng đó nên là kết quả của quá trình đo và phân tích, không phải phản ứng đầu tiên.
Độ tin cậy của phép đo DO, lưu lượng khí thực tế, diffuser, đường ống, van, fouling, MLSS, tải hữu cơ và tải nitơ, nhiệt độ, chiều sâu bể và hiệu suất truyền oxy đều có thể ảnh hưởng đến DO thực tế.
Trước khi đầu tư thêm thiết bị, doanh nghiệp nên đo lại hiệu suất của hệ thống khí hiện hữu và xác định tải vận hành thực tế.
ARES sẵn sàng đồng hành khảo sát sơ bộ hiệu suất sục khí, tải thực tế và hiện trạng bể Aerotank để doanh nghiệp có thêm cơ sở kỹ thuật trước khi quyết định tăng công suất blower hoặc cải tạo hệ thống.
CÔNG TY CỔ PHẦN GIẢI PHÁP MÔI TRƯỜNG ARES
Hotline: 0909 939 108 | 098 303 7777
FB Fanpage: moitruongxanh.ares
Zalo OA: Môi Trường Xanh ARES
