Kiểm soát bọt trong xử lý nước thải: Tại sao việc lựa chọn chất khử bọt phù hợp lại thực sự quan trọng tại hiện trường

Sau hơn hai mươi năm làm việc tại các nhà máy xử lý nước thải công nghiệp và đô thị, tôi đã nhận ra rằng bọt là một trong những vấn đề trông có vẻ đơn giản trên giấy tờ nhưng có thể âm thầm phá hoại hoạt động vận hành nếu không được xử lý đúng cách. Một lớp bọt dày trên bể sục khí hoặc bể lắng thứ cấp không chỉ trông lộn xộn. Nó còn làm giảm hiệu suất truyền oxy, tăng nguy cơ tràn nước trong mùa mưa bão, gây ra nguy cơ trơn trượt ảnh hưởng đến an toàn, và thậm chí có thể đẩy các chất rắn qua đập tràn vào nước thải cuối cùng. Trong nhiều trường hợp, sự khác biệt giữa một nhà máy hoạt động ổn định và một nhà máy phải đối mặt với những sự cố liên tục nằm ở việc lựa chọn và áp dụng chất khử bọt phù hợp với các quá trình hóa học và sinh học trong xử lý nước thải.

Bọt trong quá trình xử lý nước thải thường hình thành khi các hợp chất hoạt tính bề mặt giúp ổn định các bọt khí. Các hợp chất này có nguồn gốc từ chất tẩy rửa và chất hoạt tính bề mặt trong nước thải sinh hoạt, nhưng tình trạng này thường nghiêm trọng hơn nhiều trong các dòng nước thải công nghiệp — bao gồm protein và chất béo từ chế biến thực phẩm, lignin và nhựa từ các nhà máy bột giấy và giấy, hoặc dầu và mỡ từ các nhà máy lọc dầu và cơ sở gia công kim loại. Trong các hệ thống bùn hoạt tính, sự kết hợp giữa các bọt khí mịn từ quá trình sục khí và các chất polymer ngoại bào do sinh khối tạo ra có thể tạo thành lớp bọt rất ổn định và bền vững, không tự tan. Khi lớp bọt này dày lên, nó sẽ cách nhiệt bề mặt chất lỏng, làm giảm sự hòa tan oxy và thậm chí có thể thúc đẩy sự phát triển của các sợi gây bọt như Nocardia hoặc Microthrix.

Chất khử bọt hoạt động bằng cách phá vỡ lớp màng bề mặt giữ các bọt lại với nhau. Các chất khử bọt hiệu quả cho nước thải được bào chế để lan tỏa nhanh chóng trên bề mặt tiếp xúc giữa không khí và chất lỏng, đẩy lùi các chất hoạt động bề mặt có tác dụng ổn định, đồng thời làm mỏng thành bọt và khiến chúng vỡ ra. Do nước thải hiếm khi trong sạch, chất khử bọt cũng phải hoạt động hiệu quả trong điều kiện có hàm lượng chất rắn lơ lửng cao, độ pH thay đổi, và đôi khi là nhiệt độ hoặc độ mặn cao. Chất khử bọt phải thực hiện điều này mà không gây ảnh hưởng xấu đến quá trình xử lý sinh học hoặc tạo ra các vấn đề mới ở các công đoạn xử lý tiếp theo.

Không phải mọi chất khử bọt đều phù hợp với các hệ thống xử lý nước thải sinh học. Các sản phẩm có nguồn gốc từ silicone mang lại hiệu quả nhanh chóng ngay cả ở liều lượng thấp, nhưng một số loại có thể tạo lớp phủ trên sinh khối hoặc làm giảm quá trình truyền oxy nếu sử dụng quá liều, và chúng có thể tồn tại qua hệ thống xử lý và thải ra nguồn nước tiếp nhận. Chất khử bọt gốc dầu khoáng hoặc hydrocacbon rẻ hơn và được sử dụng rộng rãi, nhưng chúng có thể làm tăng nhu cầu oxy hóa học của nước thải và đôi khi cản trở quá trình ép khô bùn. Trong những năm gần đây, ngày càng nhiều nhà máy chuyển sang sử dụng các chất khử bọt có nguồn gốc từ rượu béo, dầu thực vật hoặc polymer, vì chúng thân thiện hơn với môi trường và ít độc hại hơn đối với sinh vật thủy sinh. Các lựa chọn này thường tương thích hơn với các quá trình sinh học nhạy cảm, mặc dù có thể cần liều lượng cao hơn một chút hoặc phải cẩn thận hơn trong việc xác định điểm sử dụng.

Trong thực tế, kết quả tốt nhất đạt được khi lựa chọn chất khử bọt phù hợp với nguồn tạo bọt và giai đoạn xử lý. Trong bể sục khí, việc bơm liều lượng thấp liên tục thường mang lại hiệu quả cao hơn so với việc bơm liều lượng lớn đột ngột. Nhiều nhà máy bơm chất khử bọt trực tiếp vào bể sục khí hoặc ngay phía thượng lưu của bể này bằng cách sử dụng bơm định lượng kết nối với cảm biến mức bọt hoặc bộ hẹn giờ đơn giản. Trong quá trình xử lý bùn hoặc bể phân hủy kỵ khí, có thể cần một sản phẩm khác hoặc liều lượng cao hơn do thành phần hóa học của bọt khác nhau. Tôi đã từng thấy những trường hợp mà một chất khử bọt duy nhất hoạt động tốt trong bể sục khí nhưng lại gây ra vấn đề trong bể lắng cuối cùng vì nó ảnh hưởng đến đặc tính lắng đọng. Đó là lý do tại sao việc thử nghiệm trong bình và thử nghiệm quy mô nhỏ trên nước thực tế của nhà máy là rất cần thiết trước khi quyết định sử dụng trên quy mô lớn.

Liều lượng thường dao động từ 5 đến 50 mg/L tùy thuộc vào mức độ nghiêm trọng của hiện tượng tạo bọt và nồng độ sản phẩm, nhưng yếu tố quan trọng thực sự là việc sử dụng đều đặn thay vì cố gắng đạt đỉnh bằng cách bơm một lượng lớn đột ngột. Dùng quá liều là một sai lầm phổ biến — điều này không chỉ gây lãng phí tiền bạc mà đôi khi còn làm tình trạng bọt trở nên tồi tệ hơn hoặc gây ra các vấn đề vận hành khác như tăng khối lượng bùn hoặc các vấn đề liên quan đến khử trùng ở các công đoạn sau. Dùng liều lượng không đủ sẽ chỉ giải quyết được một nửa vấn đề bọt. Những người vận hành giỏi cũng chú ý đến việc chất khử bọt dùng trong xử lý nước thải ảnh hưởng như thế nào đến các bộ phận khác của nhà máy. Một số sản phẩm có thể làm giảm hiệu quả của quá trình khử trùng bằng tia UV hoặc gây ra hiện tượng mang theo vào nước thải, vi phạm các giới hạn xả thải địa phương về dầu hoặc chất hoạt tính bề mặt.

Theo kinh nghiệm, các nhà máy coi việc lựa chọn chất khử bọt là một phần của quy trình kiểm soát tổng thể thay vì chỉ là một bước bổ sung thường đạt được kết quả tốt nhất. Họ theo dõi mức độ bọt cùng với nồng độ oxy hòa tan, chỉ số thể tích bùn và chất lượng nước thải trước và sau khi thực hiện các thay đổi. Họ cũng hợp tác với các nhà cung cấp hiểu rõ cả khía cạnh hóa học lẫn sinh học trong xử lý nước thải, chứ không chỉ những đơn vị chỉ bán các chất khử bọt công nghiệp thông thường. Tại một nhà máy xử lý nước thải đô thị mà tôi từng làm việc, việc chuyển từ nhũ tương silicone tiêu chuẩn sang sản phẩm dựa trên axit béo có mục tiêu cụ thể đã giảm hơn một nửa các sự cố liên quan đến bọt và cải thiện quá trình truyền oxy đủ để giảm đáng kể mức tiêu thụ năng lượng cho quá trình sục khí.

Tất nhiên, vẫn có những giới hạn. Không có chất khử bọt nào có thể giải quyết triệt để các vấn đề cơ bản như việc kiểm soát tuổi bùn kém hoặc lượng chất hoạt động bề mặt quá cao từ các ngành công nghiệp thượng nguồn. Các thiết bị phá bọt cơ học, hệ thống phun hoặc thay đổi thiết kế bộ khuếch tán khí đôi khi có thể giúp giảm sự phụ thuộc vào hóa chất. Áp lực từ các quy định cũng đang thúc đẩy các nhà máy hướng tới các lựa chọn có độc tính thấp hơn và dễ phân hủy sinh học hơn, điều này có nghĩa là các sản phẩm dầu khoáng cũ đang dần bị loại bỏ ở nhiều khu vực.

Cuối cùng, việc kiểm soát bọt hiệu quả trong xử lý nước thải phụ thuộc vào việc hiểu rõ đặc tính hóa học cụ thể của bọt, lựa chọn chất khử bọt hoạt động hài hòa với hệ vi sinh vật thay vì cản trở nó, và áp dụng chúng một cách nhất quán tại các điểm thích hợp. Khi sự kết hợp đó được thực hiện đúng đắn, nhà máy sẽ vận hành trơn tru hơn, mức độ an toàn được nâng cao, và bạn sẽ tránh được tình trạng phải liên tục “chữa cháy” do các vấn đề về bọt thường gây ra. Nếu bạn đang phải đối mặt với tình trạng bọt dai dẳng, bước đầu tiên vẫn giống như lời khuyên mà tôi đã đề xuất trong nhiều năm qua: hãy dành thời gian để phân tích đặc tính của bọt và thực hiện các thử nghiệm tương thích thích hợp trước khi quyết định sử dụng một sản phẩm cụ thể. Nỗ lực ban đầu này hầu như luôn mang lại kết quả là hoạt động hàng ngày ổn định hơn.