Hệ thống công nghệ xử lý nước thải (phần 1)

Hệ thống công nghệ xử lý nước thải (phần 1) Cùng với sự phát triển của sản xuất công nghiệp, xử lý nước thải công nghiệp đang là vấn đề vô cùng quan trọng, bảo đảm cho sự trong sạch môi trường sống đồng thời góp phần vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế mọi quốc gia trên thế giới. Tại nhiều nước có nền công nghiệp phát triển cao như Nhật, Mỹ, Anh, Pháp,... các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt các thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực tự động hoá cũng đã được áp dụng và đem lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế xã hội vô cùng to lớn MỞ ĐẦU: Cùng với sự phát triển của sản xuất công nghiệp, xử lý nước thải công nghiệp đang là vấn đề vô cùng quan trọng, bảo đảm cho sự trong sạch môi trường sống đồng thời góp phần vào sự phát triển bền vững của nền kinh tế mọi quốc gia trên thế giới. Tại nhiều nước có nền công nghiệp phát triển cao như Nhật, Mỹ, Anh, Pháp,... các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ lâu, đặc biệt các thành tựu tiên tiến trong lĩnh vực tự động hoá cũng đã được áp dụng và đem lại hiệu quả kỹ thuật, kinh tế xã hội vô cùng to lớn. Nhiều hãng đi đầu trong lĩnh vực này như USFilter, Aquatec Maxcon, Hunter Water Corporation (HWC), Global Industries.Inc... đã đưa ra các giải pháp công nghệ xử lý nước thải hiện đại. Những công nghệ tự động hoá của các công ty hàng đầu trên thế giới như SIEMENS, AB, YOKOGAWA, GF Signet... được sử dụng rộng rãi trong các công trình xử lý nước thải. Có thể nói trình độ tự động hoá xử lý nước thải đã đạt mức cao, tất cả các công việc giám sát, điều khiển đều có thể thực hiện được tại một Trung tâm, tại đây người vận hành được hỗ trợ bởi những công cụ đơn giản, dễ sử dụng như giao diện đồ hoạ trên PC, điều khiển bằng kích chuột,... góp phần nâng hiệu quả cho công việc quản lý điều hành dây chuyền công nghệ. Ngoài ra cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin và viễn thông, khoảng cách về không gian và thời gian đã được rút ngắn, cho phép người vân hành có thể điều khiển từ cách xa hàng ngàn km với chỉ một máy tính PC hoặc nhận được thông tin về hệ thống thông qua SMS. Hơn thế, hệ thống tự động hoá xử lý nước thải còn được tích hợp với các hệ thống điều hành ở cấp độ điều khiển cao hơn như cấp điều hành sản xuất (manufacturing execution: workflow, order tracking, resources), cấp xí nghiệp (enterprise:Production planning, orders, purchase) và trên cùng là cấp quản trị (administration:Planning, Statistics, Finances) nhằm nâng cao hơn nữa mức tự động hoá và tối ưu hoá quá trình sản xuất. Ngoài ra, trong lĩnh vực điều khiển đã có rất nhiều các lý thuyết điều khiển hiện đại được áp dụng như điều khiển mờ, mạng nơ-ron, điều khiển dự báo trước (predicted control), điều khiển lai ghép (hybrid control),... được ứng dụng trong xử lý nước thải để nâng cao chất lượng điều khiển và hiệu suất của các công đoạn xử lý. Lý thuyết hệ chuyên gia cũng được áp dụng mở ra khả năng tự động hoá hoàn toàn cho xử lý nước thải KHẢO SÁT, PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI Để trung hoà trong công nghệ này người ta sử dụng tác nhân hoá học là NaOH và HCl. Khi pH vượt ngưỡng dưới thì bơm định lượng DP bổ sung thêm NaOH, khi pH vượt ngưỡng trên thì DP bổ sung HCl và cho máy khuấy M1 hoạt động. Máy khuấy tạo điều kiện thuận lợi cho phản ứng trung hoà và làm đồng đều hoá chất bổ sung với nước thải. Điều khiển pH được thực hiện thủ công. Để bảo đảm an toàn cho vi sinh vật người vận hành thường xuyên phải đo tay độ pH đầu nguồn nước vào bể kỵ khí để đảm bảo chắc chắn rằng pH không vượt ngưỡng cho phép. Khi phát hiện pH không đạt yêu cầu thì người vận hành tắt P1, P2, P3 để cắt nguồn nước không bảo đảm chỉ tiêu pH cho công đoạn xử lý sinh học tiếp sau vì các vi sinh vật rất nhạy cảm với pH, pH ảnh hưởng rất lớn đến quá trình tạo men trong tế bào và quá trình hấp thụ các chất dinh dưỡng vào tế bào. Nếu vi sinh vật chết sẽ cần nhiều thời gian và kinh phí để khôi phục lại chúng đồng thời làm gián đoạn sản xuất [5] Sau khi trung hoà nước được xử lý tiếp bằng các phương pháp sinh học. Người ta sử dụng các phương pháp sinh học để làm sạch nước thải khỏi nhiều chất hữu cơ hoà tan và một số chất vô cơ như H 2S, các chất sunfit, amoniac, nitơ…Phương pháp này dựa trên cơ sở sử dụng hoạt động của vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ gây nhiễm bẩn trong nước thải. Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số chất khoáng làm nguồn dinh dưỡng và tạo năng lượng. Trong quá trình dinh dưỡng, chúng nhận các chất dinh dưỡng để xây dựng tế bào, sinh trưởng và sinh sản nên sinh khối của chúng được tăng lên. Quá trình phân huỷ các chất hữu cơ nhờ vi sinh vật gọi là quá trình oxy hoá sinh hoá [4]. Trong công nghệ sử dụng hai phương pháp là kỵ khí và hiếu khí tại các bể kỵ khí và hiếu khí (Hình 1). Phương pháp kỵ khí được dùng để lên men bùn cặn sinh ra trong quá trình xử lý bằng phương pháp sinh học hoặc nước thải công nghiệp chứa hàm lượng các chất hữu cơ cao (BOD=4÷5 g/l). Đây là phương pháp cổ điển nhất dùng để ổn định bùn cặn, trong đó các vi khuẩn kỵ khí phân huỷ các chất hữu cơ. Tuỳ thuộc vào loại sản phẩm cuối cùng, người ta phân loại quá trình này thành: lên men rượu, lên men axit lactic, lên men metan, ...Những sản phẩm cuối của quá trình lên men là: cồn, các axit, axeton, khí CO2, H2, CH4. Trong công nghệ các chất khí (biogas) sẽ được thu hồi và đốt nhờ hệ thống thu hồi và xử lý khí[4]. Phương pháp hiếu khí là phương pháp sử dụng các nhóm vi sinh vật hiếu khí. Bể hiếu khí luôn chứa các vi khuẩn hiếu khí. Trong công đoạn có hệ thống sục khí bao gồm máy thổi khí B và các ống dẫn khí làm nhiệm vụ cung cấp đủ lượng ôxi cần thiết cho vi khuẩn trong quá trình phân giải chất hữu cơ đồng thời xáo trộn làm tăng khả năng hấp thụ các chất hữu cơ của vi sinh vật đảm bảo sự phân giải tối đa. Kết quả là hình thành các bông sinh học có thể lắng trọng lực ở đầu ra của bể. Đối với đa số các vi sinh vật khoảng giá trị pH tối ưu là 6.5÷8.5. Nhiệt độ nước thải ảnh hưởng rất lớn tới chức năng hoạt động của vi sinh vật. Đối với đa số vi sinh vật, nhiệt độ nước thải phải từ 6÷370 C[4]. Nói chung giá trị DO luôn được bảo đảm trong khoảng cho phép nhờ công suất không đổi của máy thổi khí theo thiết kế trừ trường hợp có sự cố (hỏng máy thổi, tắc ống dẫn khí,...) và được giám sát thủ công. Nhiệt độ nước trong bể đo thủ công theo quy trình vận hành (định kỳ hoặc theo thời điểm do kỹ sư vận hành quyết định). Nước thải sau khi được xử lý tại bể hiếu khí sẽ tràn sang bể lắng đứng. Tại đây sử dụng phương pháp lắng trọng lực. Trong nước thải vào các bể này chứa bùn hoạt tính là sản phẩm của quá trình phân giải của vi sinh tại bể hiếu khí. Bùn hoạt tính có dạng bông màu vàng nâu, dễ lắng, kích thước từ 3 đến 5μm. Những bông này gồm các vi sinh vật sống và chất rắn (40%). Vi sinh bao gồm vi khuẩn, động vật bậc thấp, dòi, giun, nấm men, nấm mốc, xạ khuẩn,.... [4], một phần bùn được đưa quay trở lại bể hiếu khí để bảo đảm đủ lượng vi sinh cần thiết. Bể lắng có thể tích thiết kế đủ lớn để nước được lưu trong đó vài giờ, đủ thời gian cho quá trình lắng, do đó có thể xả bùn và ép bùn liên tục (luôn bật máy gạt bùn M2, bơm hút bùn SP và máy ép bùn D). Các van tay V4, V5 được mở trước ở các độ mở nhất định, các mức mở này do kỹ sư vận hành thực hiện nhằm đảm bảo sự cân bằng giữa thức ăn và vi khuẩn hiếu khí. Mô hình xử lý nước thải Khả năng áp dụng tự động hoá xử lý nước thải (nhà máy bia) Tại nhiều quốc gia có nền công nghiệp phát triển cao (Mỹ, Nhật, Đức, Anh, Pháp,...), các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp đã được nghiên cứu và đưa vào ứng dụng từ lâu. Nhiều hãng hàng đầu trong lĩnh vực này như USFilter, Aquatec Maxcon, Hunter Water Corporation(HWC), Global Industries.Inc ... đã đưa ra các giải pháp công nghệ tiên tiến xử lý nước thải. Hầu hết các công nghệ hiện đại ngày nay đều được tự động hoá cao, nhờ đó đảm bảo năng suất, chất lượng, hiệu quả như mong muốn. Tại Việt Nam đã có những nhà máy xử lý nước thải hiện đại, sử dụng hoàn toàn hoặc phần lớn các công nghệ của nước ngoài do đó mức độ tự động hoá cao, tuy nhiên giá thành đắt, nhiều công nghệ không mang tính mở nên khó làm chủ hoàn toàn, chi phí nâng cấp, bảo trì rất lớn. Qua khảo sát kết hợp nghiên cứu, tìm hiểu các hệ thống xử lý nước thải trong và ngoài nước, chúng tôi khẳng định rằng chúng ta hoàn toàn có thể tự thiết kế và xây dựng một hệ thống tự động hoá hiện đại cho dây chuyền xử lý nước thải nhà máy bia. Bên cạnh đó, chính nhờ phát huy tối đa nội lực trong nước chi phí đầu tư và bảo trì hệ thống sẽ giảm đáng kể. Mức độ tự động hoá chủ yếu phụ thuộc vào khả năng đầu tư của nhà máy, song một thiết kế hợp lý dựa trên các chuẩn quốc tế mở sẽ cho phép linh hoạt khi lựa chọn cấu hình hệ thống cũng như nâng cấp mức độ tự động hoá và mở rộng hệ thống một cách dễ dàng trong tương lai. Hệ thống tự động hoá sẽ cho phép giám sát điều khiển tất cả các công đoạn xử lý nước thải từ một Trung tâm điều khiển. Để làm được điều này cần trang bị thêm các thiết bị đo lường, điều khiển và xây dựng thêm một số chức năng cần thiết đối với hệ thống tự động hoá xử lý nước thải hiện đại. Các thiết bị đo lường, điều khiển nói chung rất sẵn có tại Việt Nam với nhiều đại diện của các hãng lớn như Endress+Hauser, Yokogawa, Siemens,GF signet...Đây là một thuận lợi khi xây dựng hệ thống tự động hoá. Tóm lại: Tự động hoá cho xử lý nước thải nhà máy bia là hoàn toàn khả thi về kỹ thuật và kinh tế trong điều kiện Việt Nam hiện nay. Theo Nguyễn Như Thắng