Vận hành và bảo trì hệ thống xử lý nước thải: Quy trình chi tiết

Nước thải là một trong những thách thức môi trường lớn nhất mà thế giới đang phải đối mặt. Với sự phát triển nhanh chóng của công nghiệp và đô thị hóa, lượng nước thải sinh hoạt và công nghiệp ngày càng tăng, đòi hỏi những giải pháp xử lý hiệu quả để bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng.

Hệ thống xử lý nước thải đóng vai trò then chốt trong việc loại bỏ các chất ô nhiễm trước khi nước được thải ra môi trường hoặc tái sử dụng. Tuy nhiên, việc xây dựng một hệ thống là chưa đủ; vận hành và bảo trì hệ thống xử lý nước thải đúng cách mới là yếu tố quyết định hiệu suất và tuổi thọ của nó.

Bài viết này sẽ đi sâu vào quy trình chi tiết về vận hành và bảo trì hệ thống xử lý nước thải, cung cấp cái nhìn toàn diện từ những công việc hàng ngày đến các hoạt động định kỳ và khắc phục sự cố.

Tầm Quan Trọng của Vận Hành và Bảo trì Hệ thống Xử lý Nước Thải

Một hệ thống xử lý nước thải được vận hành và bảo trì tốt sẽ mang lại nhiều lợi ích đáng kể:

Đảm bảo hiệu suất xử lý: Duy trì khả năng loại bỏ chất ô nhiễm đạt tiêu chuẩn xả thải, tránh phạt vi phạm môi trường.
Kéo dài tuổi thọ thiết bị: Giảm hao mòn, hỏng hóc, tiết kiệm chi phí sửa chữa và thay thế thiết bị.
Giảm chi phí vận hành: Tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng, hóa chất và nhân công.
Ngăn ngừa sự cố: Phát hiện sớm và khắc phục kịp thời các vấn đề tiềm ẩn, tránh gián đoạn hoạt động.
Bảo vệ môi trường và sức khỏe cộng đồng: Đảm bảo nước thải được xử lý an toàn, không gây ô nhiễm nguồn nước và bệnh tật.
Tuân thủ quy định pháp luật: Đảm bảo hệ thống hoạt động đúng theo các tiêu chuẩn và quy định môi trường hiện hành.

Quy trình Vận hành Hệ thống Xử lý Nước Thải

Vận hành hệ thống xử lý nước thải không chỉ đơn thuần là bật/tắt máy móc mà là một chuỗi các hoạt động giám sát, điều chỉnh và ghi chép chặt chẽ.

Giám sát Hàng ngày

Đây là công việc cơ bản và quan trọng nhất để phát hiện sớm các bất thường.

Kiểm tra tổng quan khu vực:

Đảm bảo an toàn lao động, không có rò rỉ, tràn đổ.
Kiểm tra vệ sinh tổng thể khu vực xử lý.

Kiểm tra thiết bị cơ khí:

Bơm: Lắng nghe tiếng ồn bất thường, kiểm tra nhiệt độ động cơ, rò rỉ tại phớt. Đảm bảo bơm hoạt động luân phiên nếu có nhiều bơm.
Máy thổi khí/Sục khí: Kiểm tra áp suất, lưu lượng khí, tiếng ồn, độ rung. Đảm bảo các bọt khí phân tán đều trong bể.
Máy khuấy: Kiểm tra hoạt động, tiếng ồn, độ rung.
Thiết bị gạt bùn: Quan sát chuyển động, tiếng ồn, kiểm tra xem có cặn bẩn mắc kẹt.
Lưới chắn rác/Song chắn rác: Kiểm tra lượng rác, tình trạng tắc nghẽn, hiệu quả loại bỏ rác.

Kiểm tra các thông số vận hành:

Mức nước các bể: Đảm bảo mức nước trong các bể lắng, bể hiếu khí, bể thiếu khí, bể điều hòa ở mức phù hợp.
Màu sắc, mùi của nước thải: Quan sát sự thay đổi bất thường về màu, mùi ở các công đoạn. Ví dụ, nước bể hiếu khí chuyển sang màu đen có thể là dấu hiệu thiếu oxy.
Lắng bùn: Trong bể lắng, kiểm tra khả năng lắng của bùn (SV30, SVI). Bùn không lắng hoặc nổi lên có thể là dấu hiệu của sự cố.

Đo lường các thông số nhanh:

pH: Kiểm tra pH tại đầu vào, đầu ra và các bể quan trọng (ví dụ: bể sinh học).
DO (Oxy hòa tan): Đặc biệt quan trọng trong bể hiếu khí, đảm bảo DO duy trì ở mức 1-3 mg/L tùy thuộc vào công nghệ.
Nhiệt độ: Theo dõi nhiệt độ nước thải.
Độ đục/TSS: Quan sát trực quan hoặc đo nhanh để đánh giá hiệu quả lắng.

Kiểm tra hóa chất:

Mức hóa chất trong bồn chứa (PAC, polymer, NaOH, HCl…).
Kiểm tra bơm định lượng hóa chất có hoạt động đúng lưu lượng.

Ghi chép số liệu: Tất cả các quan sát và số liệu đo được phải được ghi chép cẩn thận vào sổ nhật ký hoặc hệ thống quản lý dữ liệu.

Điều chỉnh Vận hành (khi cần thiết)

Dựa trên kết quả giám sát, kỹ thuật viên vận hành sẽ thực hiện các điều chỉnh cần thiết.
Điều chỉnh lưu lượng bơm: Tăng/giảm lưu lượng bơm nước thải đầu vào, bơm tuần hoàn bùn, bơm bùn dư.
Điều chỉnh lượng khí cấp vào bể hiếu khí: Tăng/giảm lưu lượng máy thổi khí hoặc mở/đóng van phân phối khí để duy trì DO tối ưu.
Điều chỉnh liều lượng hóa chất: Thay đổi tốc độ bơm định lượng hóa chất dựa trên kết quả kiểm tra chất lượng nước hoặc lưu lượng nước thải.
Điều chỉnh thời gian lưu nước: Thông qua việc điều chỉnh lưu lượng bơm hoặc mức nước trong bể.
Điều chỉnh tỷ lệ tuần hoàn bùn: Quản lý lượng bùn tuần hoàn về bể thiếu khí/thiếu khí để duy trì nồng độ bùn hoạt tính (MLSS) tối ưu.

Quy trình Xử lý Bùn thải

Quản lý bùn thải là một phần không thể thiếu của vận hành.

Bơm bùn dư: Định kỳ bơm bùn dư từ bể lắng về bể chứa bùn hoặc thiết bị xử lý bùn (máy ép bùn, sân phơi bùn). Tần suất và lượng bùn bơm phụ thuộc vào tốc độ tăng trưởng bùn.
Ép bùn/Phơi bùn: Vận hành máy ép bùn (khung bản, băng tải, trục vít) hoặc quản lý sân phơi bùn để làm giảm độ ẩm của bùn, giảm thể tích.
Vận chuyển và tiêu hủy bùn: Bùn khô sau khi ép/phơi phải được thu gom và chuyển giao cho đơn vị có chức năng xử lý theo quy định.

Quy trình Bảo trì Hệ thống Xử lý Nước Thải

Bảo trì bao gồm các hoạt động định kỳ nhằm duy trì tình trạng tốt của thiết bị và phòng ngừa sự cố. Bảo trì được chia thành các cấp độ: bảo trì hàng tuần, hàng tháng, hàng quý và hàng năm.

Bảo trì Hàng tuần

Vệ sinh định kỳ:
- Vệ sinh lưới chắn rác, loại bỏ rác thải thô.
- Vệ sinh các bề mặt thiết bị, sàn nhà, lan can.
- Vệ sinh bơm chìm (nếu có thể mà không cần tháo dỡ).
Kiểm tra mức dầu mỡ: Kiểm tra mức dầu bôi trơn, mỡ trong các hộp số, gối đỡ của bơm, máy thổi khí, máy khuấy, thiết bị gạt bùn.
Kiểm tra độ căng của dây đai: Đối với các thiết bị truyền động bằng dây đai (ví dụ: máy thổi khí).
Kiểm tra các van và đường ống: Đảm bảo không có rò rỉ, các van hoạt động trơn tru.

Bảo trì Hàng tháng

Bôi trơn thiết bị: Bôi mỡ định kỳ cho các bộ phận chuyển động (vòng bi, trục) theo khuyến cáo của nhà sản xuất.
Kiểm tra các mối nối điện: Đảm bảo các mối nối không bị lỏng, ăn mòn. Kiểm tra dây dẫn điện.
Kiểm tra các thiết bị đo lường: Hiệu chuẩn lại các cảm biến pH, DO (nếu cần), đảm bảo chúng hoạt động chính xác.
Kiểm tra và vệ sinh bộ lọc khí: Đối với máy thổi khí, đảm bảo không khí đi vào sạch, không bụi bẩn.
Kiểm tra độ mòn của phớt bơm: Quan sát các dấu hiệu rò rỉ quanh phớt bơm.

Bảo trì Hàng quý

Kiểm tra toàn diện các thiết bị:
- Bơm: Kiểm tra độ rung, tiếng ồn, hiệu suất, tình trạng cánh bơm (nếu có thể).
- Máy thổi khí/Sục khí: Kiểm tra tình trạng đường ống khí, đầu phân phối khí có bị tắc nghẽn, kiểm tra màng hoặc đá phân phối khí.
- Máy khuấy: Kiểm tra cánh khuấy có bị mòn, cong vênh.
- Thiết bị gạt bùn: Kiểm tra các bánh xe, dây xích, lưỡi gạt.
Kiểm tra tình trạng bể:
- Quan sát thành bể, đáy bể xem có rạn nứt, thấm dột.
- Kiểm tra tình trạng lắng cặn ở đáy bể điều hòa, bể thu gom.
Kiểm tra tủ điện, hệ thống điều khiển: Kiểm tra các contactor, role, cầu chì, aptomat. Vệ sinh tủ điện.
Phân tích bùn: Lấy mẫu bùn để phân tích các chỉ tiêu MLSS, MLVSS, SVI để đánh giá chất lượng bùn hoạt tính.

Bảo trì Hàng năm (Đại tu)

Kiểm tra và đại tu thiết bị chính:
- Bơm: Tháo dỡ, kiểm tra chi tiết các bộ phận như cánh bơm, trục, phớt, bạc đạn. Thay thế các bộ phận hao mòn.
- Máy thổi khí/Máy nén khí: Kiểm tra bạc đạn, piston, xy lanh, thay thế phụ tùng hao mòn theo khuyến cáo của nhà sản xuất.
- Máy khuấy: Kiểm tra hộp số, motor, thay dầu hộp số.
Vệ sinh toàn bộ hệ thống: Tháo cạn nước các bể (nếu có thể), vệ sinh bùn cặn tích tụ, loại bỏ rác và vật liệu lạ.
Kiểm tra cấu trúc công trình: Kiểm tra toàn bộ các bể, đường ống, mương dẫn, cầu thang, lan can, sơn lại các bề mặt kim loại bị rỉ sét.
Hiệu chuẩn chuyên sâu các thiết bị đo: Hiệu chuẩn lại tất cả các cảm biến, đồng hồ đo áp suất, lưu lượng.
Kiểm tra và bảo trì hệ thống điện: Kiểm tra toàn bộ hệ thống cáp điện, hệ thống nối đất, thiết bị bảo vệ.
Đánh giá tổng thể hiệu suất hệ thống: So sánh các thông số vận hành và chất lượng nước đầu ra với các năm trước để đánh giá xu hướng và đề xuất cải tiến.

Các Vấn đề Thường Gặp và Cách Khắc phục

Trong quá trình vận hành, hệ thống xử lý nước thải có thể gặp phải nhiều vấn đề. Dưới đây là một số vấn đề phổ biến và hướng khắc phục:

Nước thải đầu ra không đạt chuẩn

Nguyên nhân:

Tải trọng ô nhiễm đầu vào tăng đột biến.
Thiếu oxy trong bể hiếu khí.
Nồng độ bùn hoạt tính (MLSS) không đủ hoặc quá cao.
Bùn bị sốc do độc chất hoặc thay đổi pH đột ngột.
Hệ thống hóa chất hoạt động không hiệu quả (đối với xử lý hóa lý).
Sự cố thiết bị (bơm, máy thổi khí…).

Khắc phục:

Kiểm tra tải trọng đầu vào, điều chỉnh lưu lượng nếu cần.
Tăng cường sục khí, kiểm tra DO.
Điều chỉnh lượng bùn tuần hoàn, bơm bùn dư.
Kiểm tra pH, loại bỏ nguồn độc chất.
Kiểm tra liều lượng hóa chất, pha chế hóa chất.
Kiểm tra và sửa chữa thiết bị hỏng.
Phân tích vi sinh vật trong bùn để xác định nguyên nhân sinh học.

Bùn nổi hoặc không lắng trong bể lắng

Nguyên nhân:

Nổi bùn do Denitrification: Xảy ra trong bể lắng thứ cấp khi nitrat bị khử thành khí nitơ, bám vào bùn và làm bùn nổi lên. Thường có kèm theo bọt khí li ti.
Bùn phồng (Bulking): Do sự phát triển quá mức của vi khuẩn dạng sợi (filamentous bacteria), làm bùn có cấu trúc nhẹ, khó lắng.
Bùn nổi do thiếu oxy: Vi khuẩn chết, bùn không còn hoạt tính và nổi lên.
Sốc tải trọng: Lượng chất hữu cơ đầu vào tăng đột ngột.
Thời gian lưu nước trong bể lắng quá lâu: Bùn bị phân hủy yếm khí.

Khắc phục:

Denitrification: Tăng cường tuần hoàn bùn về bể thiếu khí/yếm khí để khử nitrat sớm hơn. Giảm thời gian lưu bùn trong bể lắng.
Bulking: Giảm F/M (Tỷ lệ thức ăn/vi sinh vật) bằng cách tăng nồng độ MLSS hoặc giảm tải trọng BOD. Có thể dùng hóa chất (như clo) để kiểm soát vi khuẩn sợi (cần cẩn trọng). Điều chỉnh pH.
Thiếu oxy: Tăng cường sục khí trong bể hiếu khí.
Sốc tải trọng: Điều chỉnh lưu lượng nước đầu vào, tăng liều hóa chất nếu có.
Thời gian lưu nước: Tối ưu hóa bơm bùn về bể chứa bùn.

Bọt quá nhiều trong bể hiếu khí

Nguyên nhân:

Chất tẩy rửa/Xà phòng: Có nhiều chất tẩy rửa trong nước thải đầu vào.
Nồng độ bùn thấp: Không đủ vi sinh vật để xử lý chất hữu cơ.
Tuổi bùn cao: Bùn già, khó lắng, dễ tạo bọt.
Nhiệt độ nước thải thấp: Ảnh hưởng đến hoạt động vi sinh.
pH thấp hoặc cao: Ảnh hưởng đến vi sinh vật.
Dầu mỡ trong nước thải: Gây khó khăn cho quá trình sục khí và lắng.

Khắc phục:

Kiểm soát nguồn thải đầu vào.
Tăng MLSS bằng cách giảm bơm bùn dư.
Bơm bớt bùn dư để giảm tuổi bùn.
Điều chỉnh pH về mức tối ưu (6.5-8.5).
Sử dụng hóa chất phá bọt (anti-foam) trong trường hợp khẩn cấp, nhưng không phải là giải pháp lâu dài.
Kiểm soát dầu mỡ từ đầu nguồn.

Mùi hôi

Nguyên nhân:

Phân hủy yếm khí: Xảy ra ở các bể không có oxy (bể điều hòa, bể thu gom) hoặc các khu vực bị lắng đọng bùn.
Sự cố thiết bị: Bơm không hoạt động, gây ứ đọng nước thải.
Tải trọng hữu cơ quá cao: Không xử lý kịp gây phân hủy.
Thiếu oxy trong bể hiếu khí: Dẫn đến quá trình yếm khí cục bộ.

Khắc phục:

Đảm bảo sục khí đầy đủ trong bể hiếu khí.
Vệ sinh định kỳ bể điều hòa, bể thu gom để loại bỏ cặn bùn.
Kiểm tra và sửa chữa thiết bị hư hỏng.
Sử dụng hóa chất khử mùi (oxi hóa, che chắn mùi) hoặc hệ thống lọc khí (than hoạt tính) nếu cần.

An toàn Lao động trong Vận Hành và Bảo trì

An toàn là yếu tố không thể bỏ qua trong quá trình vận hành và bảo trì hệ thống xử lý nước thải. Nước thải chứa nhiều mầm bệnh, khí độc hại và các mối nguy hiểm khác.

Trang bị bảo hộ cá nhân (PPE): Luôn sử dụng găng tay, khẩu trang, kính bảo hộ, ủng cao su, quần áo bảo hộ.
Kiểm tra khí độc: Trước khi vào các không gian kín như bể, hố ga, phải kiểm tra nồng độ oxy, H2S, CH4. Phải có người giám sát bên ngoài.
Quy trình khóa/thẻ (Lockout/Tagout): Đảm bảo tất cả thiết bị điện được ngắt và khóa an toàn trước khi tiến hành sửa chữa, bảo trì.
Đào tạo an toàn: Toàn bộ nhân viên phải được đào tạo về các quy trình an toàn, xử lý hóa chất, sơ cứu.
Hệ thống thông gió: Đảm bảo các khu vực xử lý có hệ thống thông gió tốt để tránh tích tụ khí độc.
Kế hoạch ứng phó sự cố: Có kế hoạch chi tiết cho các tình huống khẩn cấp như tràn đổ hóa chất, rò rỉ khí độc, tai nạn lao động.

Lập Kế hoạch Bảo trì Dự phòng

Việc chuyển từ bảo trì sửa chữa (reactive maintenance) sang bảo trì dự phòng là chìa khóa để tối ưu hóa chi phí và hiệu suất.

Xây dựng lịch bảo trì chi tiết: Lập kế hoạch rõ ràng cho từng loại thiết bị, bao gồm tần suất, công việc cụ thể và vật tư cần thiết.
- Hàng ngày: Kiểm tra quan sát, ghi chép.
- Hàng tuần: Bôi trơn, vệ sinh cơ bản.
- Hàng tháng: Kiểm tra mức độ hao mòn, hiệu chuẩn sơ bộ.
- Hàng quý: Kiểm tra tổng thể, hiệu chuẩn chi tiết.
- Hàng năm/Đại tu: Tháo dỡ, thay thế linh kiện, vệ sinh tổng thể.
Sử dụng phần mềm quản lý bảo trì (CMMS): Giúp theo dõi lịch trình, lịch sử bảo trì, quản lý vật tư phụ tùng và phân công công việc hiệu quả hơn.
Đào tạo nhân sự: Đảm bảo đội ngũ vận hành và bảo trì có đủ kiến thức và kỹ năng để thực hiện công việc.
Quản lý phụ tùng thay thế: Luôn có sẵn các phụ tùng thiết yếu để giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động khi xảy ra sự cố.

Các Xu hướng Mới trong Vận hành và Bảo trì

Công nghệ đang thay đổi cách chúng ta vận hành và bảo trì hệ thống xử lý nước thải.

Tự động hóa và SCADA: Hệ thống điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu (SCADA) cho phép giám sát từ xa, điều khiển tự động và cảnh báo sớm, giảm thiểu sự can thiệp thủ công.
Cảm biến thông minh và IoT: Các cảm biến kết nối internet vạn vật (IoT) cung cấp dữ liệu thời gian thực về chất lượng nước, lưu lượng, tình trạng thiết bị, giúp đưa ra quyết định nhanh chóng và chính xác.
Phân tích dữ liệu và AI: Phân tích dữ liệu lớn (Big Data) và trí tuệ nhân tạo (AI) có thể dự đoán sự cố, tối ưu hóa quá trình xử lý và giảm chi phí vận hành.
Bảo trì dựa trên tình trạng (Condition-Based Maintenance – CBM): Thay vì bảo trì theo lịch trình cố định, CBM sử dụng dữ liệu từ cảm biến để xác định khi nào thiết bị thực sự cần bảo trì, tối ưu hóa thời gian và nguồn lực.

Kết luận

Vận hành và bảo trì hệ thống xử lý nước thải là một quá trình phức tạp nhưng vô cùng quan trọng, đòi hỏi sự tỉ mỉ, kiến thức chuyên môn và tinh thần trách nhiệm cao. Việc áp dụng một quy trình vận hành và bảo trì chi tiết, kết hợp với việc đào tạo nhân sự và ứng dụng công nghệ mới, sẽ giúp tối ưu hóa hiệu suất, kéo dài tuổi thọ thiết bị, giảm chi phí và quan trọng nhất là bảo vệ môi trường sống của chúng ta.