Mục lục bài viết

Vận Hành và Bảo Trì Hệ Thống SBR: Chìa Khóa Thành Công Của Hệ Thống SBR

Công nghệ SBR (Sequencing Batch Reactor) đã chứng minh được nhiều ưu điểm vượt trội như tiết kiệm diện tích, hiệu quả xử lý cao, linh hoạt và khả năng loại bỏ dinh dưỡng tốt, trở thành lựa chọn phổ biến cho nhiều dự án xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp tại Việt Nam. Tuy nhiên, để những ưu điểm này được phát huy tối đa và hệ thống hoạt động ổn định, bền bỉ theo thời gian, công tác vận hành và bảo trì (O&M – Operation and Maintenance) đóng vai trò cực kỳ quan trọng.

Việc vận hành và bảo trì hiệu quả không chỉ đảm bảo chất lượng nước đầu ra luôn đáp ứng các Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia (QCVN) mà còn giúp tối ưu hóa chi phí vận hành (năng lượng tiêu thụ, hóa chất sử dụng nếu có, chi phí xử lý bùn), kéo dài tuổi thọ của các thiết bị và toàn bộ hệ thống, đồng thời ngăn ngừa các sự cố không mong muốn có thể gây gián đoạn hoạt động hoặc ảnh hưởng đến môi trường.

Bài viết này sẽ cung cấp một hướng dẫn chi tiết, tập trung vào các khía cạnh thực tế trong việc vận hành và bảo trì hệ thống SBR một cách hiệu quả, giúp các kỹ sư, kỹ thuật viên và nhà quản lý có thể làm chủ công nghệ này, đảm bảo hệ thống hoạt động tối ưu và bền vững.

1. Hiểu Rõ Chu Kỳ Hoạt Động – Nền Tảng Của Vận Hành SBR

Trước khi đi vào chi tiết vận hành, điều cốt yếu là phải nắm vững bản chất hoạt động theo chu kỳ của SBR. Một chu kỳ điển hình gồm 5 pha tuần tự:

Làm đầy (Fill): Nước thải vào bể. Chế độ (tĩnh, khuấy, sục khí nhẹ) ảnh hưởng đến việc tạo môi trường selector ban đầu.
Phản ứng/Sục khí (React/Aerate): Phân hủy sinh học hiếu khí (BOD, COD), Nitrat hóa Amoni. Có thể có các chu kỳ Anoxic xen kẽ để khử Nitrat.
Lắng (Settle): Tách bùn hoạt tính khỏi nước trong điều kiện tĩnh lặng.
Rút nước trong (Decant/Draw): Loại bỏ nước đã xử lý ở lớp trên.
Chờ/Nghỉ (Idle): Chuẩn bị cho chu kỳ mới, có thể là thời điểm xả bùn dư.

Toàn bộ chuỗi hoạt động này được điều khiển tự động thông qua hệ thống PLC (Programmable Logic Controller), dựa trên việc cài đặt thời gian cho từng pha và trình tự thực hiện. Hiểu rõ mục đích và các yếu tố cần kiểm soát trong từng pha là nền tảng để vận hành hệ thống SBR hiệu quả.

2. Vận Hành Hệ Thống SBR Hiệu Quả: Kiểm Soát và Tối Ưu Hóa

Vận hành hiệu quả một hệ thống SBR đòi hỏi sự kiểm soát chặt chẽ các thông số và tối ưu hóa các pha trong chu kỳ hoạt động:

1. Kiểm soát Quá trình Nạp Liệu (Pha Fill):

Ổn định đầu vào: Đảm bảo bể điều hòa (nếu có) hoạt động tốt, cung cấp dòng chảy và tải lượng ô nhiễm tương đối ổn định cho mỗi mẻ xử lý. Tránh nạp liệu quá đột ngột hoặc quá tải.
Chế độ nạp liệu: Lựa chọn chế độ Fill (tĩnh, khuấy, sục khí nhẹ) phù hợp với mục tiêu xử lý. Ví dụ: nếu cần loại bỏ N, P, thường áp dụng chế độ khuấy không sục khí (Anoxic/Anaerobic) trong một phần hoặc toàn bộ pha Fill để tạo môi trường selector và/hoặc bắt đầu quá trình khử Nitrat/hấp thụ VFA của vi khuẩn PAOs.
Theo dõi mực nước: Đảm bảo nước được nạp đến đúng mực nước làm việc thiết kế của bể.

2. Tối ưu hóa Pha Phản ứng/Sục khí (Pha React/Aerate): Đây là pha xử lý sinh học chính, cần tối ưu hóa các yếu tố sau:

Kiểm soát Nồng độ Oxy hòa tan (DO):

Tầm quan trọng: DO là yếu tố then chốt cho hoạt động của vi sinh vật hiếu khí và quá trình nitrat hóa. DO quá thấp (<1.5 mg/L) sẽ ức chế các quá trình này, DO quá cao (>3-4 mg/L) sẽ gây lãng phí năng lượng cho máy thổi khí và có thể ảnh hưởng đến quá trình khử Nitrat ở các pha sau (nếu có).
Mục tiêu DO: Thông thường duy trì trong khoảng 1.5 – 3.0 mg/L. Có thể cần duy trì ở mức cao hơn (2.5-3.5 mg/L) nếu mục tiêu là nitrat hóa hoàn toàn Amoni.
Phương pháp kiểm soát: Sử dụng cảm biến DO online để điều khiển tự động bật/tắt hoặc điều chỉnh tốc độ máy thổi khí. Nếu không có cảm biến, cần đo DO thủ công định kỳ bằng máy đo cầm tay và điều chỉnh thời gian/chế độ chạy của máy thổi khí theo kinh nghiệm hoặc timer.

Kiểm soát Thời gian Sục khí/Khuấy trộn:

Thời gian phản ứng: Phải đủ dài để vi sinh vật phân hủy hết BOD, COD và thực hiện nitrat hóa (nếu cần) đến mức yêu cầu của QCVN. Thời gian này phụ thuộc vào tải trọng đầu vào, nhiệt độ, nồng độ sinh khối (MLSS).
Chu kỳ Aerobic/Anoxic (nếu xử lý Nitơ): Nếu mục tiêu là loại bỏ Tổng Nitơ, pha React thường được chia thành các giai đoạn sục khí (Aerobic – để Nitrat hóa) và không sục khí nhưng có khuấy trộn (Anoxic – để khử Nitrat) xen kẽ nhau. Thời gian của mỗi giai đoạn được cài đặt trên PLC, đôi khi được tối ưu hóa dựa trên tín hiệu từ cảm biến ORP (thế oxy hóa khử) hoặc Amoni/Nitrat online.

Kiểm soát Nồng độ Sinh khối (MLSS – Mixed Liquor Suspended Solids):

MLSS: Là nồng độ chất rắn lơ lửng trong hỗn hợp bùn-nước trong bể phản ứng, đại diện cho mật độ vi sinh vật.
Mục tiêu MLSS: Trong SBR, MLSS thường được duy trì ở mức khá cao, khoảng 3000 – 6000 mg/L (cao hơn so với bùn hoạt tính truyền thống) để tăng khả năng xử lý trên một đơn vị thể tích. Cần xác định khoảng MLSS tối ưu cho từng hệ thống cụ thể.
Phương pháp kiểm soát: Đo MLSS định kỳ (hàng ngày hoặc vài ngày một lần) và điều chỉnh lượng bùn dư xả bỏ (WAS) để duy trì MLSS trong khoảng mong muốn.

3. Đảm bảo Hiệu quả Pha Lắng (Pha Settle): Chất lượng lắng quyết định chất lượng nước đầu ra.

Môi trường tĩnh lặng: Tuyệt đối không sục khí, không khuấy trộn, không nạp liệu hay rút nước trong pha này.

Thời gian lắng: Phải đủ để bùn lắng hoàn toàn xuống đáy. Thời gian điển hình là 60 – 120 phút, tùy thuộc vào đặc tính lắng của bùn.

Theo dõi khả năng lắng (SVI – Sludge Volume Index): Đây là chỉ số quan trọng đánh giá “sức khỏe” và khả năng lắng của bùn. Tiến hành đo bằng cách lấy 1 lít mẫu bùn từ bể React cho vào ống đong 1 lít, để lắng 30 phút, đọc thể tích bùn lắng (V30, đơn vị mL/L). Tính SVI = (V30 * 1000) / MLSS (mg/L).

SVI < 100 mL/g: Bùn lắng tốt, đặc.
SVI 100 – 150 mL/g: Bùn lắng khá tốt (lý tưởng).
SVI > 200 mL/g: Bùn khó lắng (bulking), cần tìm nguyên nhân và khắc phục.

4. Vận hành Chính xác Pha Rút Nước (Pha Decant): Rút nước không đúng cách có thể làm thất thoát bùn, ảnh hưởng chất lượng đầu ra.

Hoạt động của Decanter: Đảm bảo cơ cấu rút nước (dạng phao nổi, máng trượt có điều khiển…) hạ xuống từ từ, chỉ hút lớp nước trong ở bề mặt, và dừng lại ở mực nước tối thiểu đã cài đặt để không hút phải lớp bùn đáy.
Tốc độ rút nước: Phải phù hợp với thiết kế để tránh gây xáo trộn bùn.
Kiểm tra trực quan: Quan sát nước rút ra phải trong, không lẫn bùn.

5. Quản lý Bùn Dư (Waste Activated Sludge – WAS): Kiểm soát lượng bùn trong hệ thống là yếu tố then chốt để duy trì hiệu quả xử lý ổn định.

Xác định Thời gian Lưu bùn (SRT):

SRT (hay Tuổi bùn): Là thời gian trung bình mà một hạt bùn (vi sinh vật) tồn tại trong hệ thống trước khi bị xả bỏ.
Tầm quan trọng: SRT ảnh hưởng trực tiếp đến quần thể vi sinh vật, hiệu quả xử lý (đặc biệt là nitrat hóa cần SRT đủ dài), khả năng lắng và lượng bùn phát sinh.
Mục tiêu SRT: Phụ thuộc vào nhiệt độ, mục tiêu xử lý (BOD hay cả N, P). Thường từ 10-30 ngày.

Tính toán và Thực hiện Xả Bùn:

Dựa trên SRT mục tiêu và tổng lượng bùn trong hệ thống (MLSS * Thể tích bể) để tính toán lượng bùn cần xả bỏ mỗi ngày (kg MLSS/ngày).
Chuyển đổi lượng bùn cần xả thành thể tích hoặc thời gian bơm xả bùn (dựa vào nồng độ bùn xả và công suất bơm).
Thời điểm xả bùn: Thường diễn ra trong pha Idle hoặc cuối pha React để không ảnh hưởng đến pha Lắng và Rút nước.

Xử lý bùn dư: Đảm bảo bùn WAS được dẫn đến hệ thống xử lý bùn (cô đặc, ổn định, khử nước…) đúng quy trình.

3. Bảo Trì Hệ Thống SBR: Duy Trì Hiệu Suất và Tuổi Thọ

Bảo trì định kỳ và đúng cách là yếu tố sống còn để hệ thống SBR hoạt động ổn định, tránh hỏng hóc đột xuất và kéo dài tuổi thọ.

Tầm quan trọng: Giảm thiểu thời gian ngừng hoạt động, đảm bảo hiệu quả xử lý liên tục, tiết kiệm chi phí sửa chữa lớn, đảm bảo an toàn vận hành.
Lập Kế hoạch Bảo trì Phòng ngừa (Preventive Maintenance – PM): Xây dựng lịch trình chi tiết (hàng ngày, hàng tuần, hàng tháng, hàng quý, hàng năm) cho việc kiểm tra, vệ sinh, bôi trơn, hiệu chuẩn và thay thế các bộ phận hao mòn của từng thiết bị. Kế hoạch này nên dựa trên khuyến cáo của nhà sản xuất và kinh nghiệm vận hành thực tế.

Các hạng mục Bảo trì Chính:

- Bể phản ứng SBR: Kiểm tra sự ăn mòn, rò rỉ; vệ sinh thành bể, loại bỏ váng/bọt tích tụ; kiểm tra đáy bể xem có lắng cặn bất thường không.
- Hệ thống Cấp khí:
  - Máy thổi khí (Blower): Kiểm tra mức dầu, thay dầu định kỳ; kiểm tra dây curoa (độ căng, mòn); vệ sinh hoặc thay thế bộ lọc gió (rất quan trọng, ảnh hưởng hiệu suất và tuổi thọ máy); kiểm tra tiếng ồn, độ rung bất thường; đo dòng điện hoạt động.
  - Hệ thống phân phối khí (Đĩa/ống thổi khí): Kiểm tra bằng mắt xem có tắc nghẽn (bọt khí không đều) hoặc hư hỏng không; thực hiện vệ sinh định kỳ (sục rửa bằng axit nhẹ hoặc khí áp lực cao) hoặc thay thế các đĩa/ống bị hỏng để đảm bảo hiệu quả truyền oxy và tiết kiệm năng lượng.
- Thiết bị Khuấy trộn (Mixer – nếu có): Kiểm tra dầu hộp số, tình trạng cánh khuấy, tiếng ồn, độ rung.
- Thiết bị Rút nước trong (Decanter): Kiểm tra kỹ cơ cấu truyền động (động cơ, hộp số, khớp nối, phao nổi…); vệ sinh bề mặt hút/máng tràn; kiểm tra và thay thế các phớt làm kín nếu bị rò rỉ; bôi trơn các bộ phận chuyển động.
- Hệ thống Bơm (Cấp liệu, xả bùn, hóa chất…): Kiểm tra hoạt động (lưu lượng, áp suất), tiếng ồn, độ rung, nhiệt độ động cơ; kiểm tra độ kín các khớp nối, phớt; kiểm tra, bổ sung dầu mỡ (nếu cần); kiểm tra cánh bơm có bị mòn, kẹt không.
- Hệ thống Van (Điện/khí nén, van tay): Kiểm tra hoạt động đóng/mở có chính xác, trơn tru không; kiểm tra độ kín; kiểm tra tín hiệu điều khiển và nguồn cấp cho van tự động; bôi trơn van tay định kỳ.
- Hệ thống Đường ống: Kiểm tra các mối nối xem có rò rỉ không; kiểm tra khả năng tắc nghẽn (đặc biệt là đường ống bùn).
- Hệ thống Điều khiển và Cảm biến (PLC, HMI, Cảm biến DO, pH, ORP, Mực nước…):
  - Đảm bảo nguồn điện ổn định; kiểm tra các kết nối tín hiệu.
  - Hiệu chuẩn (Calibration) định kỳ các cảm biến: Đây là việc cực kỳ quan trọng để đảm bảo các giá trị đo lường là chính xác, giúp hệ thống PLC đưa ra quyết định điều khiển đúng đắn. Tần suất hiệu chuẩn theo khuyến cáo của nhà sản xuất (thường hàng tuần hoặc hàng tháng cho DO, pH).
  - Vệ sinh định kỳ đầu dò các cảm biến để tránh bị bám bẩn, ảnh hưởng kết quả đo.
  - Thường xuyên sao lưu (backup) chương trình điều khiển của PLC.
- Các công trình phụ trợ: Vệ sinh, kiểm tra bể điều hòa, bể chứa bùn, nhà điều hành…

Ghi chép và Theo dõi: Lập sổ nhật ký vận hành và bảo trì chi tiết, ghi lại ngày giờ, hạng mục thực hiện, tình trạng thiết bị, vật tư thay thế. Dữ liệu này rất hữu ích cho việc theo dõi hiệu suất, lập kế hoạch bảo trì và khắc phục sự cố.

4. Giám Sát và Khắc Phục Sự Cố Thường Gặp

Vận hành liên tục đòi hỏi phải giám sát chặt chẽ và có khả năng xử lý nhanh các sự cố.

4.1 Giám sát Định kỳ

Thông số Vận hành: Ghi chép hàng ngày các thông số quan trọng như DO, pH, nhiệt độ, MLSS, SVI, thời gian các pha, tình trạng hoạt động của thiết bị chính.

Chất lượng Nước:

Tại chỗ: Sử dụng các bộ kit thử nhanh hoặc máy đo cầm tay để kiểm tra nhanh COD, Amoni, Nitrat, Photphat, pH… giúp nắm bắt tình hình tức thời.
Phân tích Phòng thí nghiệm: Gửi mẫu nước thải đầu vào và đầu ra định kỳ (theo yêu cầu của GPMT hoặc nội bộ) đến phòng thí nghiệm đủ năng lực để phân tích các chỉ tiêu theo QCVN (BOD5, COD, TSS, T-N, T-P, Coliforms…) nhằm đánh giá chính xác hiệu quả xử lý và sự tuân thủ.

Quan sát Trực quan: Màu sắc, mùi của nước thải và bùn; lượng bọt trong bể sục khí; độ trong của nước sau lắng; hoạt động bất thường của thiết bị (tiếng ồn, độ rung…).

4.2 Các Sự cố Thường gặp và Hướng Khắc phục

Bùn khó lắng (Bulking Sludge – SVI > 200 mL/g):

Nguyên nhân chính: Sự phát triển quá mức của vi khuẩn dạng sợi. Thường do: DO thấp kéo dài, F/M (tỷ lệ thức ăn/vi sinh vật) thấp, pH thấp, thiếu dinh dưỡng, nước thải chứa sulfide…
Khắc phục: Tăng DO trong bể React; kiểm tra và điều chỉnh pH; tăng F/M (giảm SRT bằng cách tăng lượng bùn xả); tạo điều kiện selector (anoxic/anaerobic fill); kiểm tra dinh dưỡng (N, P); xác định và giảm nguồn sulfide đầu vào. Có thể dùng Clo hoặc H2O2 liều thấp để kiểm soát tạm thời vi khuẩn sợi (cẩn trọng).

Bùn nổi (Rising Sludge):

Nguyên nhân: Khí Nitơ (N2) sinh ra do quá trình khử Nitrat xảy ra trong pha lắng (do còn nhiều NO3- và có nguồn carbon) làm bùn nổi lên.
Khắc phục: Rút ngắn thời gian pha lắng (nếu có thể); tăng cường khử Nitrat trong pha React (tăng thời gian pha Anoxic); giảm SRT nếu bùn quá già; đảm bảo không còn nguồn carbon dễ phân hủy khi vào pha lắng.

Bọt nhiều, bọt nâu dai (Foaming):

Nguyên nhân: Thường do vi khuẩn dạng sợi ưa béo như Nocardia hoặc Microthrix parvicella phát triển mạnh (thường liên quan đến SRT dài, dầu mỡ trong nước thải). Cũng có thể do chất hoạt động bề mặt đầu vào cao.
Khắc phục: Phá bọt cơ học bằng vòi phun nước áp lực; giảm SRT; kiểm soát nguồn dầu mỡ và chất hoạt động bề mặt đầu vào; sử dụng chất phá bọt (antifoam) khi cần thiết nhưng hạn chế.

Hiệu quả xử lý Nitơ kém:

Nitrat hóa kém (Amoni đầu ra cao): DO thấp, pH thấp (<6.5), nhiệt độ thấp, SRT quá ngắn (<8-10 ngày tùy nhiệt độ), có chất ức chế (kim loại nặng…). -> Khắc phục: Tăng DO, điều chỉnh pH, tăng SRT, kiểm soát chất độc.
Khử Nitrat kém (Nitrat đầu ra cao): Thiếu thời gian pha Anoxic, thiếu nguồn carbon hữu cơ dễ phân hủy cho vi khuẩn khử Nitrat, DO còn sót lại trong pha Anoxic. -> Khắc phục: Tăng thời gian pha Anoxic, xem xét bổ sung nguồn carbon ngoại sinh (methanol, mật rỉ – cẩn trọng liều lượng), đảm bảo khuấy trộn tốt và không sục khí trong pha Anoxic.

Hiệu quả xử lý Photpho kém (nếu thiết kế EBPR):

Nguyên nhân: Thiếu pha Anaerobic thực sự (DO hoặc NO3- xâm nhập), thiếu VFA trong pha Anaerobic, SRT quá ngắn hoặc quá dài, pH không phù hợp.
Khắc phục: Đảm bảo điều kiện kỵ khí nghiêm ngặt trong pha Anaerobic; đảm bảo có đủ VFA (có thể cần bể lên men sơ cấp); tối ưu hóa SRT; kiểm soát pH.

Nước đầu ra đục, TSS cao:

Nguyên nhân: Bùn lắng kém (SVI cao), decanter bị lỗi (rút quá thấp, quá nhanh, rò rỉ), thời gian lắng không đủ, bùn phân tán (do sốc tải, độc tố), bùn quá non (SRT thấp).
Khắc phục: Kiểm tra và xử lý vấn đề lắng bùn; kiểm tra và hiệu chỉnh decanter; tăng thời gian lắng; điều chỉnh SRT; kiểm soát tải trọng và độc tố đầu vào.

Hỏng hóc thiết bị: Luôn có kế hoạch dự phòng và quy trình sửa chữa/thay thế nhanh chóng cho các thiết bị quan trọng như bơm, máy thổi khí, decanter, van điều khiển, cảm biến.

Kết Luận: Đảm Bảo Sự Ổn Định và Hiệu Quả Lâu Dài Cho Hệ Thống SBR

Hệ thống xử lý nước thải SBR mang lại nhiều lợi ích, nhưng để khai thác tối đa tiềm năng và đảm bảo hoạt động ổn định, hiệu quả lâu dài, công tác vận hành và bảo trì đóng vai trò quyết định. Việc hiểu rõ chu kỳ hoạt động, kiểm soát chặt chẽ các thông số vận hành quan trọng (DO, MLSS, SRT, thời gian các pha), quản lý bùn một cách khoa học và thực hiện bảo trì phòng ngừa định kỳ cho tất cả các thiết bị là những yếu tố then chốt.

Bên cạnh đó, khả năng giám sát liên tục, phân tích đánh giá hiệu quả xử lý và nhanh chóng khắc phục các sự cố thường gặp sẽ giúp hệ thống luôn hoạt động ở trạng thái tối ưu. Với một quy trình O&M tốt, được thực hiện bởi đội ngũ vận hành có chuyên môn và trách nhiệm, công nghệ SBR chắc chắn sẽ phát huy tối đa các ưu điểm của mình, đảm bảo chất lượng nước đầu ra luôn tuân thủ các quy chuẩn quốc gia, góp phần bảo vệ môi trường và mang lại hiệu quả kinh tế – kỹ thuật bền vững cho chủ đầu tư.