Nâng cấp bể Aerotank bằng công nghệ IFAS: cách làm và lưu ý

Tóm tắt bài viết này với AI

Try with ChatGPT Try with Claude Try with AI Mode

Nâng cấp bể Aerotank bằng công nghệ IFAS: nguyên lý, điều kiện áp dụng, các bước cải tạo, lựa chọn giá thể và lưu ý vận hành để tăng hiệu quả xử lý.

Nhiều trạm xử lý nước thải xây cách đây vài năm đang gặp chung một chuyện: lưu lượng tăng, nước ra lúc đạt lúc không, amoni khó xuống, trong khi mặt bằng không còn chỗ xây thêm bể. Trước khi tính tới chuyện đập bỏ làm lại, nhiều đơn vị vận hành chọn nâng cấp bể Aerotank bằng công nghệ IFAS, tức là tận dụng chính bể cũ nhưng cho nó chứa được nhiều vi sinh hơn.

Muốn làm đúng, cần hiểu IFAS thay đổi gì bên trong bể, trường hợp nào hợp và không hợp, nên cải tạo theo trình tự nào và vận hành ra sao sau nâng cấp. Đây là một nhánh cụ thể của chủ đề nâng cấp, cải tạo hệ thống xử lý nước thải đạt giấy phép môi trường.

Nâng cấp bể Aerotank bằng IFAS là thả thêm giá thể vi sinh vào bể hiếu khí hiện hữu để vi sinh vừa sống lơ lửng trong bùn hoạt tính, vừa bám thành màng trên giá thể. Lượng vi sinh trong cùng thể tích bể tăng lên, nhất là nhóm vi khuẩn nitrat hóa chậm lớn, nên bể chịu tải tốt hơn mà không cần xây thêm. Cách này hợp khi kết cấu bể còn tốt, hệ thổi khí còn khả năng nâng cấp và bể lắng chưa quá tải.

IFAS thay đổi gì trong bể Aerotank

Bể Aerotank là bể bùn hoạt tính hiếu khí: nước thải được trộn với bùn chứa vi sinh, sục khí liên tục để vi sinh ăn chất hữu cơ, rồi chảy sang bể lắng. Bùn lắng xuống được bơm tuần hoàn về bể để giữ lượng vi sinh, phần dư thì xả bỏ. Mô hình này đơn giản, quen thuộc và vận hành ổn định khi tải ổn định.

Điểm yếu của Aerotank nằm ở chỗ lượng vi sinh bị giới hạn bởi bể lắng. Muốn xử lý nhiều hơn thì phải nuôi bùn đặc hơn, nhưng bùn đặc quá thì bể lắng không giữ nổi, bùn trôi theo nước ra và làm hỏng chất lượng đầu ra. Nói gọn, bể sinh học còn chỗ nhưng bể lắng đã chạm trần.

Công nghệ IFAS (Integrated Fixed-film Activated Sludge, tức bùn hoạt tính kết hợp màng vi sinh bám dính) gỡ nút thắt đó bằng cách cho thêm một nơi để vi sinh sống: bề mặt giá thể. Phần vi sinh bám trên giá thể nằm luôn trong bể, không theo nước sang bể lắng, nên bể chứa được nhiều vi sinh hơn mà bể lắng không phải gánh thêm bao nhiêu.

Giá thể giúp bể giữ thêm vi sinh như thế nào?

Giá thể là những miếng nhựa có diện tích bề mặt lớn, thả trong bể và được dòng khí đảo trộn liên tục. Vi sinh bám lên bề mặt, phát triển thành một lớp màng mỏng gọi là màng sinh học. Lớp màng này tồn tại lâu hơn bông bùn lơ lửng vì không bị xả theo bùn dư.

Nhờ vậy, vi khuẩn nitrat hóa có chỗ bám lâu dài. Đây là nhóm vi khuẩn chuyển amoni thành nitrat, lớn rất chậm và dễ bị rửa trôi khi tuổi bùn ngắn. Trong Aerotank thường, muốn giữ chúng phải kéo dài tuổi bùn, kéo theo bùn đặc hơn và bể lắng nặng hơn. Với IFAS, chúng sống trên giá thể nên khả năng xử lý amoni thường ổn định hơn, nhất là khi trời lạnh hoặc tải dao động.

IFAS khác MBBR ở điểm nào?

IFAS vẫn giữ tuần hoàn bùn, còn MBBR thì thường không. Trong công nghệ MBBR, gần như toàn bộ vi sinh sống trên giá thể, bùn lơ lửng rất ít và không bơm bùn về bể. IFAS là dạng lai: bùn hoạt tính vẫn làm phần việc chính, giá thể bổ sung thêm vi sinh bám dính.

Với một bể Aerotank đang chạy, IFAS thường là bước chuyển êm hơn vì giữ nguyên bể lắng, bơm tuần hoàn và thói quen vận hành của đội kỹ thuật. Chuyển hẳn sang MBBR phù hợp hơn khi muốn bỏ tuần hoàn bùn hoặc khi bùn hoạt tính khó kiểm soát lâu dài.

Khi nào nên nâng cấp Aerotank bằng IFAS

IFAS không phải thuốc chữa mọi bệnh của trạm xử lý. Nó giải quyết tốt bài toán thiếu sinh khối, tức là bể không đủ vi sinh để xử lý lượng chất bẩn đang vào. Nếu nguyên nhân nằm ở chỗ khác, thả giá thể vào chỉ tốn tiền mà không cải thiện được bao nhiêu.

Những dấu hiệu cho thấy IFAS đáng cân nhắc:

• Amoni đầu ra cao kéo dài: COD đã xuống nhưng amoni vẫn vượt, cho thấy quá trình nitrat hóa thiếu vi sinh.
• Lưu lượng hoặc tải tăng: cơ sở mở rộng sản xuất, thêm phòng bệnh, thêm căn hộ mà bể sinh học vẫn giữ nguyên thể tích.
• Không còn mặt bằng: không thể xây thêm bể hiếu khí bên cạnh bể cũ.
• Bể lắng đang làm việc sát giới hạn: tăng nồng độ bùn thì bùn bắt đầu trôi theo nước ra.

Bài toán chung về nâng cấp bể sinh học xử lý nước thải có nhiều lối đi; IFAS là một lối riêng cho bể bùn hoạt tính. Nếu áp lực chính là diện tích, có thể xem thêm cách nâng công suất xử lý nước thải không mở rộng diện tích.

Bảng trên chỉ là định hướng chung. Ở nhiều trạm, nguyên nhân chồng lên nhau: vừa thiếu vi sinh, vừa thiếu khí, vừa có dầu mỡ lọt vào. Lúc đó cần đánh giá toàn tuyến rồi mới chốt phương án, theo đúng logic lựa chọn công nghệ cải tạo hệ thống xử lý nước thải.

Cũng có trường hợp làm bể mới là hợp lý hơn: bể cũ nứt, thấm, cốt thép đã lộ do ăn mòn, hoặc thể tích quá nhỏ so với tải mới đến mức thả giá thể bao nhiêu cũng không đủ. Khi đó IFAS chỉ kéo dài thời gian chịu đựng chứ không giải quyết dứt điểm.

Các bước nâng cấp bể Aerotank sang IFAS

Một dự án IFAS làm bài bản thường đi qua sáu bước. Bỏ qua bước khảo sát hay tính toán là nguyên nhân phổ biến nhất khiến bể sau cải tạo vẫn không đạt.

1. Thu thập số liệu vận hành: lưu lượng theo giờ cao điểm, COD, BOD, amoni, tổng nitơ, chất rắn lơ lửng đầu vào và đầu ra, nồng độ bùn trong bể, chỉ số lắng của bùn. Số liệu càng dài ngày càng đáng tin.
2. Đánh giá hiện trạng bể và thiết bị: kết cấu, độ kín nước, mức ăn mòn, hệ phân phối khí, công suất máy thổi khí còn dư hay không, bơm tuần hoàn và bể lắng.
3. Tính toán thiết kế: xác định tải cần xử lý thêm, diện tích màng vi sinh cần có, loại và tỉ lệ thả giá thể, lượng khí cần bổ sung, vị trí và kích thước lưới chắn.
4. Thi công cải tạo: thay hoặc bổ sung đĩa phân phối khí, lắp lưới chắn giá thể ở cửa ra, gia cố bể nếu cần, nâng cấp tiền xử lý.
5. Thả giá thể và khởi động: thả giá thể theo đợt, theo dõi độ đảo trộn, chờ màng vi sinh hình thành trên bề mặt.
6. Theo dõi và hiệu chỉnh: đo đầu ra định kỳ, điều chỉnh lượng khí, lượng bùn tuần hoàn và bùn xả cho đến khi hệ ổn định.

Mục tiêu đầu ra cần được chốt ngay từ bước một. Với nước thải sinh hoạt thường đối chiếu QCVN 14, với nước thải công nghiệp thường đối chiếu QCVN 40; cần xác nhận phiên bản và mức áp dụng cho đúng cơ sở theo giấy phép môi trường. Cách hiểu các mức cột A, B, C trong quy chuẩn nước thải giúp đặt mục tiêu thiết kế sát thực tế, tránh làm thừa hoặc thiếu.

Có cần dừng hệ thống khi cải tạo không?

Không nhất thiết phải dừng toàn bộ. Nếu bể Aerotank chia thành nhiều ngăn hoặc nhiều đơn nguyên, có thể cải tạo lần lượt từng ngăn trong khi các ngăn còn lại vẫn chạy. Nếu chỉ có một bể duy nhất, cần tính phương án tạm như bồn chứa điều hòa, giảm tải sản xuất trong thời gian thi công hoặc bể xử lý tạm.

Giai đoạn khởi động sau khi thả giá thể cũng cần kiên nhẫn. Màng vi sinh không hình thành ngay; tốc độ phụ thuộc nhiệt độ, thành phần nước thải và lượng bùn sẵn có. Kinh nghiệm nuôi cấy vi sinh bể Aerotank vẫn dùng được, vì bùn hoạt tính hiện hữu chính là nguồn vi sinh để bám lên giá thể.

Hạng mục kỹ thuật quyết định kết quả

Phần lớn sự cố sau nâng cấp IFAS không đến từ vi sinh mà đến từ cơ khí: giá thể dồn cục, lưới chắn bít, khí không đủ đảo trộn. Ba nhóm hạng mục dưới đây cần được tính kỹ ngay từ khâu thiết kế.

Chọn giá thể như thế nào cho đúng?

Giá thể nên chọn theo diện tích bề mặt hữu ích, tức phần bề mặt vi sinh thật sự bám được và có nước lưu thông, chứ không chỉ con số diện tích tổng mà nhà cung cấp quảng cáo. Hình dạng có nhiều khe quá hẹp dễ bị màng vi sinh lấp kín, mất tác dụng.

Vật liệu giá thể cần bền với môi trường nước thải và va đập liên tục. Tỉ lệ thả bao nhiêu phần trăm thể tích bể phải tính theo tải cần xử lý thêm và khả năng đảo trộn của bể; không nên chép tỉ lệ từ dự án khác vì mỗi bể có hình dạng, độ sâu và hệ khí khác nhau. Thông số độ bền, tuổi thọ cụ thể nên lấy từ tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất giá thể.

Lưới chắn và hệ thổi khí cần thay đổi gì?

Lưới chắn giá thể là hạng mục bắt buộc ở cửa ra của bể, để giá thể không trôi sang bể lắng. Lưới cần đủ diện tích để nước qua mà không dâng mực nước, đặt ở vị trí có dòng khí quét qua bề mặt để hạn chế bám bít. Vật liệu lưới phải chịu được ăn mòn lâu dài trong nước thải.

Hệ thổi khí thường phải nâng cấp vì hai lý do. Một là vi sinh nhiều hơn thì tiêu thụ oxy nhiều hơn. Hai là giá thể cần được đảo trộn đều khắp bể, nếu không sẽ dồn về một góc hoặc dồn về cửa ra. Một số dự án phải thay hoặc bố trí lại đĩa phân phối khí, thậm chí tăng công suất máy thổi khí. Hướng tính toán này tương tự khi cải tạo hệ thống xử lý nước thải bằng MBBR, chỉ khác là IFAS vẫn phải cân thêm lượng bùn lơ lửng.

Tiền xử lý và bể lắng có cần nâng cấp không?

Thường là có. Rác nhỏ, tóc, xơ sợi lọt qua lược rác thô sẽ quấn vào giá thể và bít lưới chắn. Vì vậy nhiều dự án IFAS phải bổ sung lược rác tinh trước bể sinh học. Với nước thải nhà hàng, bếp ăn, dầu mỡ cũng cần được tách trước, vì lớp dầu bám lên màng vi sinh làm giảm khả năng trao đổi chất.

Bể lắng vẫn phải được kiểm tra lại. IFAS giảm áp lực cho bể lắng so với cách tăng bùn đơn thuần, nhưng nếu lưu lượng tăng thì tải thủy lực lên bể lắng cũng tăng theo. Bể lắng đã sát giới hạn thì nên cải tạo song song, nếu không bùn vẫn trôi dù bể sinh học đã khỏe hơn.

Vận hành sau nâng cấp và sai lầm thường gặp

Bể IFAS vận hành gần giống Aerotank nhưng có thêm vài việc phải theo dõi. Đội vận hành nên được hướng dẫn trước khi bàn giao, vì những thói quen cũ có thể gây hại cho màng vi sinh trên giá thể.

Những việc nên làm định kỳ:

• Theo dõi oxy hòa tan: giữ DO, tức lượng oxy tan trong nước, đủ cho cả bùn lơ lửng và lớp màng trên giá thể; màng vi sinh cần oxy thấm vào từ bên ngoài nên thiếu khí ảnh hưởng tới nó rõ hơn.
• Quan sát giá thể: xem giá thể có đảo đều không, có bị dồn về cửa ra hay nổi thành mảng trên mặt bể không.
• Kiểm tra lưới chắn: nhìn chênh lệch mực nước trước và sau lưới; mực nước dâng là dấu hiệu lưới đang bị bít.
• Ghi chép lượng bùn xả: chế độ xả bùn có thể khác trước vì một phần vi sinh đã chuyển sang sống trên giá thể.

Các sai lầm hay gặp:

• Tắt máy thổi khí để tiết kiệm điện: giá thể lắng xuống đáy, dồn cục, màng vi sinh thiếu oxy và có thể bong ra hàng loạt khi chạy lại.
• Thả giá thể mà không tính lại khí: bể thiếu oxy, giá thể không đảo, hiệu quả thấp hơn kỳ vọng.
• Kỳ vọng hết sau vài ngày: màng vi sinh cần thời gian hình thành, đánh giá quá sớm dễ kết luận sai.
• Bỏ qua tiền xử lý: lưới chắn bít liên tục, phải dừng bể vệ sinh nhiều lần.

Khi trạm vừa nâng cấp vừa phải giữ nước ra đạt chuẩn từng ngày, lịch theo dõi nên dày hơn trong giai đoạn đầu rồi thưa dần khi số liệu ổn định. Cách sắp xếp công việc này cũng là phần quan trọng khi nâng công suất hệ thống xử lý nước thải đang vận hành.

Tóm tắt khi cân nhắc IFAS

Những điểm chính cần nhớ trước khi quyết định:

• IFAS hợp nhất khi thiếu vi sinh: nhất là khi amoni khó đạt và không còn mặt bằng xây thêm.
• Kiểm tra bể lắng và thổi khí trước: hai hạng mục này quyết định bể IFAS chạy được hay không.
• Tiền xử lý tốt là điều kiện bắt buộc: rác, tóc, dầu mỡ là nguyên nhân chính gây bít lưới chắn.
• Không chép tỉ lệ giá thể từ dự án khác: mỗi bể cần tính riêng theo tải và hình học thực tế.
• Khi bể cũ hư hỏng nặng hoặc cần nước ra rất sạch, làm bể mới hoặc dùng màng lọc có thể hợp lý hơn.

CCEP có thế mạnh gia công thiết bị bằng nhựa PP và composite, kiểm soát chất lượng từ chế tạo đến lắp đặt, đồng thời cung cấp các giải pháp liên quan đến xử lý nước thải. Trong dự án cải tạo, các hạng mục như bồn bể bằng nhựa PP dùng làm bể tạm, bể bổ sung hoặc hạng mục phụ trợ có lợi thế chống ăn mòn và lắp đặt gọn. Với bể bê tông còn tốt, giữ lại bể cũ và cải tạo bên trong thường vẫn là phương án kinh tế hơn. Phương án cụ thể cần dựa trên số liệu khảo sát tại hiện trường.

Liên hệ CCEP: Hotline 091.789.6633 – Email ccep.vn@gmail.com – Văn phòng: Nhà NV 6.1, Khu đô thị Viglacera Hữu Hưng, 272 Hữu Hưng, Nam Từ Liêm, Hà Nội.

Câu hỏi thường gặp về nâng cấp bể Aerotank bằng IFAS

Nâng cấp IFAS giúp tăng công suất được bao nhiêu?

Không có con số chung cho mọi bể. Mức tăng phụ thuộc vào tải hiện tại, thể tích bể, loại giá thể, khả năng cấp khí và giới hạn của bể lắng. Muốn có con số đáng tin, cần tính toán từ số liệu vận hành thực tế của chính trạm đó. Nhà cung cấp đưa ra một mức tăng cố định mà không hỏi số liệu đầu vào thì nên xem lại cơ sở tính toán.

Có bắt buộc thay máy thổi khí khi làm IFAS không?

Không bắt buộc, nhưng phải kiểm tra lại. Bể IFAS cần thêm oxy cho lượng vi sinh tăng lên và cần đủ khí để đảo trộn giá thể. Nếu máy thổi khí hiện tại còn dư công suất và hệ phân phối khí phân bố đều thì có thể giữ lại. Nếu máy đã chạy sát giới hạn, việc bổ sung hoặc thay máy gần như không tránh được.

Giá thể IFAS dùng được trong bao lâu?

Tuổi thọ giá thể phụ thuộc vật liệu, chất lượng sản xuất, mức va đập trong bể và thành phần nước thải. Thông tin này nên lấy từ tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất và điều kiện bảo hành cụ thể. Trong vận hành, cần kiểm tra định kỳ xem giá thể có bị mòn, vỡ hoặc thất thoát qua lưới chắn hay không để bổ sung kịp thời.

Bể Aerotank bằng bê tông có cải tạo sang IFAS được không?

Được, nếu kết cấu bể còn tốt. Trước khi cải tạo nên kiểm tra vết nứt, thấm và mức ăn mòn, vì khí H2S và axit trong nước thải có thể ăn mòn bê tông, làm lộ cốt thép theo thời gian. Bể đã xuống cấp nặng thì cần sửa chữa kết cấu trước, hoặc cân nhắc làm bể mới thay vì đầu tư thêm giá thể vào bể yếu.

Sau khi chuyển sang IFAS có cần giữ tuần hoàn bùn không?

Có. Đây chính là điểm khác giữa IFAS và MBBR. Trong IFAS, bùn hoạt tính lơ lửng vẫn đảm nhận phần lớn việc xử lý chất hữu cơ, nên bơm tuần hoàn bùn từ bể lắng về bể sinh học vẫn phải duy trì. Lưu lượng tuần hoàn và lượng bùn xả có thể cần điều chỉnh lại sau nâng cấp, dựa trên số liệu theo dõi thực tế.