Kiểm soát oxy hòa tan (DO) trong bể hiếu khí để tiết kiệm điện

Tóm tắt bài viết này với AI

Try with ChatGPT Try with Claude Try with AI Mode

Cách kiểm soát oxy hòa tan DO trong bể hiếu khí: đo đúng vị trí, hiệu chuẩn cảm biến, chỉnh máy thổi khí theo tải để xử lý ổn định và giảm tiền điện.

Bể hiếu khí chạy ổn hay không phụ thuộc nhiều vào lượng oxy mà vi sinh nhận được mỗi giờ. Thiếu oxy thì nước ra đục, có mùi, amoni tăng. Thừa oxy thì máy thổi khí chạy hết công suất cả ngày lẫn đêm, tiền điện tăng mà nước ra không sạch hơn.

Với người vận hành trạm xử lý, kiểm soát oxy hòa tan DO là cách cân hai đầu đó: đo cho đúng, chỉnh lượng khí theo tải thực tế và cắt bớt phần khí thổi thừa. Làm tốt ba việc này thì bể chạy ổn định hơn, hóa đơn điện cũng nhẹ hơn.

Kiểm soát oxy hòa tan (DO) là giữ lượng oxy tan trong nước bể hiếu khí ở mức vừa đủ cho vi sinh xử lý chất hữu cơ và amoni. Cách làm gồm ba bước: đo DO tại điểm đại diện bằng cảm biến hiệu chuẩn định kỳ, so với mức cài đặt theo thiết kế, rồi tăng giảm khí cấp bằng van hoặc biến tần máy thổi khí. Giữ DO ổn định giúp nước ra đạt yêu cầu mà không thổi khí thừa gây tốn điện.

DO trong bể hiếu khí nói lên điều gì

Con số DO trên màn hình chỉ có ích khi người vận hành hiểu nó phản ánh điều gì trong bể. Đọc đúng thì chỉnh khí có cơ sở. Đọc sai thì dễ tăng khí vô ích, hoặc giảm khí đúng lúc vi sinh đang cần oxy nhất.

Oxy hòa tan là gì?

Oxy hòa tan (DO) là lượng khí oxy đã tan vào nước, thường tính bằng miligam trên lít (mg/L). Trong bể hiếu khí, đây là phần oxy vi sinh dùng được ngay để hô hấp, khác với lượng khí máy thổi đẩy vào bể.

Máy thổi khí có thể chạy mạnh, nhưng nếu bọt khí to, đĩa phân phối khí bị nghẹt hoặc tải hữu cơ tăng đột ngột thì DO đo được vẫn thấp. Ngược lại, khi nước thải vào ít, cùng một lượng khí có thể đẩy DO lên cao hơn nhiều so với nhu cầu thực.

Nhiệt độ cũng chi phối kết quả: nước càng ấm, oxy hòa tan tối đa càng thấp, trong khi vi sinh lại hoạt động mạnh hơn và cần nhiều oxy hơn. Vì thế, vào những tháng nắng nóng, cùng một chế độ thổi khí có thể cho DO thấp hơn mùa mát. Mức cài đặt và lịch chạy máy nên được xem lại theo mùa, không đặt một lần rồi để đó.

Vi sinh dùng oxy để làm gì?

Vi sinh hiếu khí dùng oxy để phân hủy chất hữu cơ trong nước thải. Lượng chất hữu cơ này thường được đánh giá qua BOD, tức nhu cầu oxy sinh hóa: lượng oxy vi sinh cần để phân hủy chất hữu cơ trong mẫu nước.

Một nhóm vi khuẩn khác là vi khuẩn nitrat hóa dùng oxy để chuyển amoni (dạng đạm gây mùi khai) thành nitrat. Nhóm này phát triển chậm và thường nhạy với thiếu oxy hơn, nên khi DO tụt kéo dài, amoni ở nước ra thường tăng trước các chỉ tiêu khác.

Oxy và BOD gắn với nhau ngay từ phép thử trong phòng thí nghiệm. Tài liệu quy trình phòng thí nghiệm nước thải của U.S. EPA Region VII (NEPIS), mã EPA 907/9-75-002, nêu rõ muốn đo tốc độ tiêu thụ oxy trong phép thử BOD thì phải đo được DO. Ý nghĩa của BOD, COD và các chỉ tiêu ô nhiễm nước thải khác được trình bày kỹ ở bài riêng.

Thiếu hoặc dư DO gây ra chuyện gì?

Lệch về phía nào cũng có cái giá riêng. Thiếu oxy thì thấy hậu quả nhanh, còn dư oxy thì âm thầm làm tốn tiền.

• Thiếu DO kéo dài: chất hữu cơ phân hủy không hết, nước ra đục, có mùi; vi khuẩn dạng sợi dễ phát triển làm bông bùn xốp, dẫn tới bùn khó lắng ở bể lắng.
• Thiếu DO cục bộ: góc chết hoặc vùng xa đĩa thổi khí có thể yếm khí, sinh mùi, dù điểm đo vẫn báo đủ oxy.
• Dư DO thường xuyên: tốn điện, khí thổi quá mạnh có thể làm vỡ bông bùn; với công nghệ AAO có ngăn thiếu khí, oxy theo dòng tuần hoàn quay về làm giảm hiệu quả khử nitrat.

Khi bể nổi bọt dày hoặc vi sinh suy yếu, DO chỉ là một trong nhiều nguyên nhân cần xét. Hai tình huống này có hướng xử lý riêng trong các bài bể hiếu khí nổi bọt và vi sinh trong bể xử lý bị chết.

Cách đo DO cho đúng

Nhiều quyết định chỉnh khí sai bắt nguồn từ một con số đo sai. Trước khi nghi máy thổi khí hay vi sinh, nên kiểm tra lại cảm biến và chỗ đặt nó.

Nên đặt điểm đo DO ở đâu?

Điểm đo tốt là nơi đại diện cho phần lớn thể tích bể. Không đặt sát ngay trên cụm đĩa phân phối khí, vì bọt khí bám vào đầu đo làm số nhảy cao. Không đặt ở góc chết ít xáo trộn, và nhúng đủ sâu để lớp bọt trên mặt không ảnh hưởng.

Với bể dài, nước chảy từ đầu đến cuối, oxy thường bị tiêu thụ mạnh ở đầu bể nơi nước thải mới vào và dư dần về cuối bể. Một đầu đo duy nhất đặt ở cuối bể vì vậy dễ báo đủ oxy trong khi đầu bể đang thiếu.

Cách kiểm tra đơn giản là dùng máy đo cầm tay, đo dọc chiều dài bể và ở vài độ sâu trong cùng một buổi, ghi lại thành bản đồ DO của bể. Nếu các vùng chênh nhau nhiều, nên xem lại phân bố khí trước khi tăng tổng lượng khí. Giờ đo cũng làm số liệu khác hẳn: tải thường cao vào giờ sinh hoạt hoặc sản xuất cao điểm và thấp về khuya, nên đo một lần buổi sáng rồi suy cho cả ngày là dễ chỉnh sai.

Cảm biến DO cần bảo trì thế nào?

Ở trạm xử lý hay gặp hai loại cảm biến. Cảm biến điện cực màng đo dòng điện sinh ra khi oxy thấm qua một màng mỏng. Cảm biến quang đo mức phát quang của lớp chất nhạy oxy ở đầu đo, vốn thay đổi theo lượng oxy trong nước. Loại quang thường ít phải thay màng và dung dịch điện cực hơn, nhưng loại nào cũng cần vệ sinh và hiệu chuẩn theo hướng dẫn của nhà sản xuất.

• Vệ sinh đầu đo: bùn, lớp màng vi sinh và dầu mỡ bám vào làm số đọc chậm và lệch thấp; nước thải nhiều dầu mỡ cần vệ sinh dày hơn.
• Hiệu chuẩn định kỳ: làm theo quy trình nhà sản xuất, ghi lại giá trị trước và sau hiệu chuẩn để biết cảm biến trôi nhanh hay chậm.
• Đối chiếu chéo: so cảm biến gắn cố định với máy cầm tay đã hiệu chuẩn tại cùng vị trí; lệch nhiều thì xử lý trước khi tin số liệu.
• Ghi nhật ký thiết bị: ngày vệ sinh, ngày hiệu chuẩn, lần thay màng hoặc nắp cảm biến, kèm tên người thực hiện.

DO không chỉ cần theo dõi trong bể hiếu khí. Theo US EPA, Office of Water (archived copy at the UNT Web Archive), Ở các trạm khử trùng bằng clo rồi khử clo trước khi xả, tài liệu kỹ thuật về khử clo của US EPA, Office of Water (EPA 832-F-00-022) cũng đề cập việc kiểm soát oxy hòa tan, vì một số hóa chất khử clo có thể làm DO trong nước sau xử lý giảm xuống. Với những trạm này, nên có thêm điểm đo DO ở cuối dây chuyền.

Điều chỉnh DO theo tải thực tế

Điều chỉnh DO là cho lượng khí cấp đi theo nhu cầu oxy của vi sinh, vốn thay đổi theo giờ, theo ngày và theo mùa. Muốn chỉnh đúng, cần có mức mục tiêu rõ ràng và cách thay đổi lượng khí hợp với quy mô trạm.

Mức cài đặt DO lấy từ đâu?

Mức cài đặt DO là giá trị mục tiêu mà người vận hành hoặc bộ điều khiển cố giữ. Con số này không nên chép từ trạm khác, vì nó phụ thuộc công nghệ (bùn hoạt tính truyền thống, công nghệ MBBR dùng giá thể di động cho vi sinh bám, có hay không có ngăn khử nitrat), đặc tính nước thải, nhiệt độ và yêu cầu chất lượng nước ra.

Cách làm hợp lý là lấy giá trị trong hồ sơ thiết kế làm điểm xuất phát, rồi tinh chỉnh dựa trên kết quả phân tích amoni, BOD hoặc COD ở nước ra. Mỗi lần chỉ thay đổi một bước nhỏ và chờ bể ổn định rồi mới đánh giá. Nếu giảm khí mà amoni nước ra không tăng, bùn vẫn nâu và lắng tốt thì mức cài đặt còn dư địa để hạ thêm. Nếu amoni tăng, bùn sẫm màu hoặc có mùi, nên trả lại mức cũ.

Có những cách điều chỉnh DO nào?

Tùy quy mô và mức dao động của tải, có thể chọn một trong các cách sau hoặc kết hợp nhiều cách.

Khi chuyển sang điều khiển tự động, cần chỉnh bộ điều khiển cho vừa. Chỉnh quá nhạy thì máy thổi khí tăng giảm liên tục, DO dao động lên xuống và thiết bị mau hao mòn. Chỉnh quá chậm thì DO tụt trong giờ cao điểm trước khi máy kịp tăng tốc. Vài tuần đầu nên theo dõi đồ thị DO cùng tốc độ máy thổi để tinh chỉnh.

DO ổn mà nước ra vẫn kém thì xét gì?

DO đạt mức cài đặt chỉ cho biết vi sinh không thiếu oxy, chưa chắc các điều kiện khác đều ổn. Nitrat hóa tiêu hao độ kiềm và có thể kéo pH xuống, làm vi khuẩn nitrat hóa hoạt động kém dù oxy đủ. Lúc này nên kiểm tra pH, độ kiềm theo hướng dẫn điều chỉnh pH nước thải, đồng thời xem lại tải đầu vào, nhiệt độ và tình trạng bùn trước khi tăng khí thêm.

Tiết kiệm điện nhờ kiểm soát DO

Máy thổi khí chạy gần như liên tục nên thường thuộc nhóm thiết bị ngốn điện nhiều nhất của trạm xử lý sinh học. Mỗi phần khí thổi vượt nhu cầu là tiền điện bỏ ra mà nước ra không tốt hơn.

Vì sao thổi khí thừa lại tốn điện?

Điện năng của máy thổi khí phụ thuộc lưu lượng khí và áp lực máy phải thắng, gồm cột nước trong bể, tổn thất trên đường ống và lực cản của đĩa phân phối khí. Khi DO đã đủ mà vẫn thổi thêm, phần khí dư hầu như không giúp vi sinh xử lý nhanh hơn, nhưng đồng hồ điện vẫn quay theo từng giờ máy chạy.

Còn một điểm ít người để ý: DO trong bể càng cao, oxy tan vào nước càng chậm, vì khoảng cách giữa mức bão hòa và mức hiện có thu hẹp lại. Giữ DO cao hơn cần thiết nghĩa là trả nhiều điện hơn cho mỗi phần oxy thật sự tan được vào nước.

Những chỗ thường gây lãng phí điện

• Đĩa phân phối khí nghẹt hoặc rách: đĩa nghẹt làm tăng áp lực đẩy khí, đĩa rách tạo bọt to khiến oxy tan kém, máy phải chạy nhiều hơn để bù.
• Rò rỉ đường ống khí: khí thất thoát ở mặt bích, khớp nối trước khi xuống tới bể.
• Chạy cố định số máy: tải ban đêm thấp nhưng lượng khí không giảm theo.
• Phân bố khí không đều: vùng này thừa, vùng kia thiếu, người vận hành tăng tổng lượng khí để cứu vùng thiếu.
• Cảm biến lệch thấp: bộ điều khiển tự động tăng khí để đuổi theo một con số sai.

Nên bắt đầu tiết kiệm từ đâu?

Không cần đầu tư lớn ngay từ đầu. Trình tự sau đi từ việc ít tốn kém nhất đến việc cần đầu tư nhiều hơn:

1. Ghi lại điện năng của máy thổi khí và DO theo giờ trong một khoảng thời gian để làm mốc so sánh.
2. Vệ sinh, hiệu chuẩn cảm biến và lập bản đồ DO của bể.
3. Khắc phục rò rỉ đường ống, vệ sinh hoặc thay đĩa phân phối khí hư hỏng.
4. Hạ mức cài đặt từng bước nhỏ, theo dõi chất lượng nước ra sau mỗi lần thay đổi.
5. Cân nhắc lắp biến tần, điều khiển tự động theo DO và quan trắc nước thải trực tuyến nếu tải dao động nhiều.

Đo trước và sau mỗi thay đổi giúp biết phần tiết kiệm đến từ đâu, thay vì dựa vào cảm giác. Mức tiết kiệm khác nhau theo từng trạm, nên việc tính đầu tư biến tần hay điều khiển tự động cần dựa trên số liệu vận hành thực tế của chính trạm đó.

Sai lầm thường gặp khi theo dõi DO

Phần lớn rắc rối liên quan đến oxy không nằm ở thiết bị hỏng mà ở thói quen vận hành. Vài lỗi lặp lại ở nhiều trạm:

• Chỉ nhìn một con số DO mà không xem diễn biến theo giờ, nên không nhận ra bể thiếu oxy vào giờ cao điểm.
• Tăng khí ngay khi DO thấp mà chưa kiểm tra cảm biến hay tải đầu vào.
• Tắt hẳn máy thổi khí nhiều giờ liền để đỡ tiền điện, khiến bùn lắng xuống đáy, thiếu oxy và bốc mùi.
• Không ghi nhật ký, nên khi nước ra xấu thì không lần lại được DO, lượng khí và thao tác những ngày trước đó.

Nên đọc DO cùng các chỉ tiêu khác như amoni, pH, màu bùn và khả năng lắng của bùn, thay vì xem nó là thước đo duy nhất. Quy trình theo dõi đầy đủ theo ca, theo ngày có trong hướng dẫn vận hành hệ thống xử lý nước thải.

Với công trình mới, nên kiểm tra cảm biến DO, vòng điều khiển và khả năng chia khí từng vùng ngay lúc bàn giao. Các hạng mục này nên được đưa vào checklist nghiệm thu hệ thống xử lý nước thải để khỏi phát hiện thiếu sót khi trạm đã chạy.

CCEP hỗ trợ gì cho bể hiếu khí

Muốn kiểm soát DO tốt thì cần cả thiết bị đo, máy thổi khí lẫn kết cấu bể phù hợp. Với bể hiếu khí dung tích lớn, xây cố định lâu dài, bể bê tông vẫn là lựa chọn phổ biến. Inox phù hợp hơn ở những vị trí cần chịu nhiệt hoặc chịu lực vượt khả năng của nhựa. Nhựa PP và composite có lợi thế ở các hạng mục cần chống ăn mòn hóa chất, chế tạo theo kích thước riêng và lắp đặt gọn.

CCEP gia công thiết bị bằng nhựa PP, composite và kiểm soát chất lượng từ chế tạo đến lắp đặt. Cho trạm xử lý, CCEP có thể cung cấp bồn bể bằng nhựa PP dùng làm bồn pha, bồn chứa hóa chất hay bể phụ trợ, cùng giải pháp xử lý nước thải thiết kế sẵn sàng tích hợp thiết bị quan trắc. Chọn cảm biến DO, máy thổi khí và cách điều khiển cụ thể nào thì cần dựa trên khảo sát tải thực tế của từng cơ sở.

Những điểm cần nhớ

• DO là oxy đã tan trong nước, khác với lượng khí máy thổi cấp vào bể.
• Đặt điểm đo ở vị trí đại diện, vệ sinh và hiệu chuẩn cảm biến định kỳ.
• Mức cài đặt DO lấy từ hồ sơ thiết kế, tinh chỉnh theo amoni và chất lượng nước ra.
• Khí thổi thừa vừa tốn điện vừa có thể làm vỡ bông bùn, ảnh hưởng ngăn thiếu khí.
• Tiết kiệm điện bắt đầu từ đo đúng, sửa rò rỉ, vệ sinh đĩa thổi khí rồi mới tính chuyện tự động hóa.

Nếu cần tư vấn thiết bị hoặc giải pháp cho trạm xử lý nước thải, thông tin liên hệ CCEP như sau.

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 kiểm soát oxy hòa tan DO

DO trong bể hiếu khí bao nhiêu là đủ?

Không có một con số dùng chung cho mọi trạm. Mức DO phù hợp phụ thuộc công nghệ, tải hữu cơ, nhiệt độ và yêu cầu khử amoni. Nên lấy giá trị trong hồ sơ thiết kế làm điểm xuất phát, sau đó điều chỉnh từng bước theo kết quả phân tích nước ra và tình trạng bùn. Khi đổi công suất hoặc nguồn nước thải, nên nhờ kỹ sư công nghệ đánh giá lại.

Bao lâu nên hiệu chuẩn cảm biến DO một lần?

Tần suất hiệu chuẩn nên theo khuyến cáo của nhà sản xuất cảm biến và điều kiện nước thải thực tế. Nước nhiều dầu mỡ, nhiều cặn bám thường cần vệ sinh dày hơn. Giữa các kỳ, có thể kiểm tra nhanh bằng cách đo đối chiếu với máy cầm tay đã hiệu chuẩn tại cùng vị trí; chênh lệch tăng dần là dấu hiệu cần vệ sinh hoặc hiệu chuẩn lại sớm hơn.

Tắt máy thổi khí ban đêm có tiết kiệm điện không?

Tắt hẳn máy thổi khí nhiều giờ liền có thể làm bùn lắng xuống đáy, thiếu oxy, sinh mùi và làm vi sinh suy yếu, nên khoản điện tiết kiệm được dễ phải đổi bằng sự cố. Cách an toàn hơn là giảm lượng khí theo tải ban đêm bằng biến tần hoặc chạy luân phiên có kiểm soát, vẫn bảo đảm khuấy trộn và theo dõi DO liên tục.

Vì sao DO cao mà nước ra vẫn chưa đạt?

DO cao chỉ cho biết vi sinh không thiếu oxy. Nước ra chưa đạt có thể do pH hoặc độ kiềm thấp, chất độc trong nước thải, tải tăng vượt thiết kế, thời gian lưu nước ngắn hoặc lượng bùn không phù hợp. Cũng nên xem điểm đo có đại diện không, vì cảm biến đặt sát cụm thổi khí có thể báo cao trong khi phần còn lại của bể đang thiếu oxy.

Trạm nhỏ có cần lắp cảm biến DO trực tuyến không?

Trạm nhỏ, tải ổn định có thể dùng máy đo cầm tay, đo định kỳ theo ca và ghi nhật ký. Cảm biến gắn cố định đáng đầu tư khi tải dao động mạnh trong ngày, khi muốn điều khiển máy thổi khí tự động bằng biến tần, hoặc khi cơ sở cần theo dõi liên tục để phát hiện sự cố sớm. Quyết định nên dựa trên quy mô, mức dao động tải và chi phí vận hành của chính trạm.

Nguồn tham khảo

• U.S. EPA Region VII (NEPIS) — Wastewater Laboratory Procedures and Chemistry (EPA 907/9-75-002)
• US EPA, Office of Water — Wastewater Technology Fact Sheet: Dechlorination (EPA 832-F-00-022)