Quy trình vận hành và bảo trì hệ thống màng lọc sinh học MBR

Công nghệ màng lọc sinh học MBR đang ngày càng khẳng định vị thế là một trong những giải pháp xử lý nước thải tiên tiến và hiệu quả nhất hiện nay. Bằng cách kết hợp quá trình xử lý sinh học bằng bùn hoạt tính với công nghệ lọc màng, MBR mang lại chất lượng nước sau xử lý vượt trội, tiết kiệm diện tích và vận hành ổn định. Tuy nhiên, để hệ thống hoạt động bền bỉ, đạt hiệu suất cao nhất và kéo dài tuổi thọ của màng lọc, việc tuân thủ một quy trình vận hành và bảo trì chuẩn mực là yếu tố then chốt.

Bài viết này sẽ cung cấp một hướng dẫn chi tiết, toàn diện về quy trình vận hành và bảo trì hệ thống màng lọc sinh học MBR, từ các bước khởi động ban đầu, giám sát hàng ngày, cho đến các quy trình vệ sinh chuyên sâu và xử lý sự cố thường gặp.

Nguyên Lý Hoạt Động Cơ Bản Của Hệ Thống MBR

Trước khi đi sâu vào quy trình vận hành, điều quan trọng là phải nắm vững nguyên lý cốt lõi của hệ thống MBR. Về cơ bản, nước thải sau khi qua các công đoạn xử lý sơ bộ (lược rác, tách dầu mỡ) sẽ được đưa vào bể sinh học hiếu khí (Aerotank). Tại đây, quần thể vi sinh vật trong bùn hoạt tính sẽ phân hủy các chất hữu cơ gây ô nhiễm.

Thay vì sử dụng bể lắng thứ cấp để tách bùn và nước như công nghệ truyền thống, hệ thống MBR đặt các module màng lọc trực tiếp vào bể sinh học hoặc trong một bể riêng. Các màng lọc này có kích thước lỗ siêu nhỏ (thường từ 0.01 đến 0.4 µm), chỉ cho phép nước sạch đi qua, đồng thời giữ lại toàn bộ bùn hoạt tính, vi khuẩn, vi rút và các chất rắn lơ lửng. Nước sạch (permeate) được bơm hút ra ngoài, còn bùn được giữ lại trong bể, duy trì nồng độ sinh khối cao và tăng cường hiệu quả xử lý.

Quy Trình Vận Hành Hệ Thống Màng Lọc MBR

Quy trình vận hành màng lọc sinh học MBR có thể được chia thành ba giai đoạn chính: Khởi động, Vận hành hàng ngày và Tạm dừng hệ thống.

Giai Đoạn Khởi Động (Startup)

Đây là giai đoạn quan trọng, quyết định đến sự ổn định và hiệu quả của hệ thống về lâu dài.

Bước 1: Kiểm Tra Toàn Diện Hệ Thống:

Kiểm tra cơ khí: Đảm bảo tất cả các module màng đã được lắp đặt đúng vị trí, chắc chắn. Kiểm tra các đường ống dẫn nước, dẫn khí, van, bơm hút, máy thổi khí đã được kết nối chính xác, kín khít.
Kiểm tra điện và điều khiển: Kiểm tra tủ điện, các kết nối điện, hệ thống điều khiển tự động (PLC), các cảm biến (áp suất, mực nước) đã sẵn sàng hoạt động.
Chuẩn bị hóa chất: Chuẩn bị sẵn sàng các loại hóa chất cần thiết cho quá trình vận hành và vệ sinh màng như Natri Hypoclorit (NaOCl), Axit Citric hoặc Axit Clohydric (HCl).

Bước 2: Nạp Nước Sạch và Kiểm Tra Rò Rỉ:

Cho nước sạch vào đầy bể màng, ngập hoàn toàn các module màng.
Khởi động máy thổi khí để kiểm tra sự phân bố khí, đảm bảo khí sục đều dưới chân các module màng.
Vận hành bơm hút ở chế độ thủ công để kiểm tra rò rỉ trên toàn bộ đường ống.

Bước 3: Nuôi Cấy Vi Sinh Vật và Thích Nghi:

Bổ sung bùn hoạt tính (có thể lấy từ một hệ thống xử lý nước thải đang hoạt động tốt) vào bể sinh học.
Bắt đầu cấp nước thải vào hệ thống với lưu lượng thấp (khoảng 25-50% công suất thiết kế).
Vận hành hệ thống và theo dõi các chỉ số như pH, DO (oxy hòa tan), MLSS (nồng độ bùn hoạt tính) để đảm bảo môi trường tối ưu cho vi sinh vật phát triển. Giai đoạn này có thể kéo dài từ vài ngày đến vài tuần.

Bước 4: Vận Hành Chính Thức:

Khi nồng độ MLSS trong bể đạt mức thiết kế và chất lượng nước đầu ra ổn định, từ từ tăng lưu lượng nước thải đầu vào cho đến khi đạt 100% công suất.

Vận Hành Hàng Ngày

Để đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, nhân viên vận hành cần thực hiện các công việc giám sát và ghi chép số liệu hàng ngày.

Giám Sát Các Thông Số Vận Hành Chính:

Áp suất xuyên màng: Đây là thông số quan trọng nhất, phản ánh tình trạng tắc nghẽn của màng. TMP được đo bằng đồng hồ đo áp suất hoặc cảm biến. Cần ghi chép lại giá trị TMP ít nhất 2-3 lần mỗi ngày. Khi TMP tăng dần theo thời gian, đó là dấu hiệu màng bắt đầu bị nghẹt.
Lưu lượng nước hút: Theo dõi lưu lượng của bơm hút để đảm bảo hệ thống đang hoạt động đúng công suất thiết kế.
Mực nước trong bể màng: Đảm bảo mực nước luôn ngập qua các module màng.
Hoạt động của máy thổi khí: Quan sát trực quan sự sục khí dưới đáy màng. Khí sục không chỉ cung cấp oxy cho vi sinh vật mà còn tạo ra sự xáo trộn, ngăn bùn bám trên bề mặt màng.

Kiểm Tra Chất Lượng Nước:

Lấy mẫu nước đầu vào và đầu ra để phân tích các chỉ tiêu cơ bản như COD, BOD, TSS, Amoni, Nitrat… để đánh giá hiệu quả xử lý của hệ thống.
Quan sát màu sắc, độ trong của nước sau lọc

Ghi Chép Nhật Ký Vận Hành:

Tạo một sổ nhật ký vận hành để ghi lại tất cả các thông số đã kiểm tra, các hoạt động bảo trì đã thực hiện, các sự cố và biện pháp khắc phục. Dữ liệu này cực kỳ hữu ích cho việc chẩn đoán và tối ưu hóa hệ thống sau này.

Quy Trình Tạm Dừng Hệ Thống

Tạm dừng ngắn hạn (dưới 1 tuần):

Ngừng cấp nước thải.
Duy trì hoạt động của máy thổi khí ở mức tối thiểu để giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng và vi sinh vật không bị chết.
Có thể vận hành bơm hút với nước sạch trong thời gian ngắn (vài phút mỗi ngày) để giữ màng không bị khô.

Tạm dừng dài hạn (trên 1 tuần):

Cần thực hiện vệ sinh hóa chất (rửa phục hồi) cho màng trước khi dừng.
Sau khi rửa sạch, màng cần được ngâm trong dung dịch bảo quản (thường là Natri Hypoclorit nồng độ thấp) để ngăn ngừa vi sinh vật phát triển. Luôn đảm bảo màng được ngập hoàn toàn trong dung dịch.

Quy Trình Bảo Trì Hệ Thống Màng Lọc MBR

Bảo trì là hoạt động không thể thiếu để duy trì hiệu suất lọc và kéo dài tuổi thọ của màng. Hoạt động bảo trì bao gồm bảo trì định kỳ và vệ sinh hóa chất.

Bảo Trì Định Kỳ

Hàng ngày:

Kiểm tra trực quan toàn bộ hệ thống (máy thổi khí, bơm, van, đường ống).
Ghi chép các thông số vận hành (TMP, lưu lượng).
Kiểm tra mức dầu, tiếng ồn bất thường của các thiết bị cơ khí.

Hàng tuần:

Kiểm tra hoạt động của các van tự động, phao báo mức.
Kiểm tra tủ điện và các thiết bị điều khiển.
Thực hiện rửa ngược (backwash) nếu hệ thống có trang bị.

Hàng tháng:

Kiểm tra và vệ sinh các bộ lọc thô đầu vào.
Kiểm tra và hiệu chuẩn các thiết bị đo (cảm biến áp suất, pH, DO).
Xả bùn dư để duy trì nồng độ MLSS trong giới hạn thiết kế.

Hàng năm:

Bảo dưỡng toàn diện các thiết bị cơ điện như bơm, máy thổi khí (thay dầu, mỡ, kiểm tra vòng bi).
Kiểm tra tổng thể kết cấu bể, đường ống.
Thực hiện kiểm tra tính toàn vẹn của màng (Membrane Integrity Test) để phát hiện các sợi màng bị đứt, rách.

Vệ Sinh Màng Bằng Hóa Chất

Theo thời gian, các chất ô nhiễm (hữu cơ, vô cơ) sẽ bám dính và gây tắc nghẽn các lỗ màng, làm tăng áp suất TMP. Khi đó, việc vệ sinh bằng hóa chất là bắt buộc. Có hai phương pháp vệ sinh hóa chất chính:

Vệ Sinh Tại Chỗ

Khi nào thực hiện: Thường được thực hiện định kỳ (ví dụ: 1-2 lần/tuần) hoặc khi TMP tăng nhẹ. Đây là quá trình rửa nhanh để loại bỏ lớp cặn bám mới hình thành.
Quy trình: Bơm hóa chất (thường là NaOCl) vào đường ống hút và ngâm màng trong một thời gian ngắn (khoảng 30 phút) mà không cần tháo màng ra khỏi bể. Sau đó, bơm hút hóa chất ra ngoài và rửa lại bằng nước sạch. Quá trình này thường được cài đặt tự động.

Vệ Sinh Phục Hồi

Khi nào thực hiện: Khi áp suất TMP tăng cao (ví dụ: >30 kPa so với ban đầu) và việc rửa bảo dưỡng không còn hiệu quả. Thường thực hiện định kỳ 3-6 tháng/lần.
Quy trình: Đây là quá trình vệ sinh chuyên sâu, yêu cầu ngâm màng trong dung dịch hóa chất nồng độ cao trong thời gian dài.
- Cô lập và làm sạch sơ bộ: Ngừng hoạt động bể màng. Bơm cạn nước trong bể. Dùng vòi nước áp lực thấp để xịt rửa sơ bộ bùn bám trên bề mặt các module màng.
- Rửa bằng kiềm (NaOCl): Bơm nước sạch vào bể, sau đó pha dung dịch NaOCl (nồng độ khoảng 500-1000 ppm) vào, đảm bảo ngập toàn bộ màng. Sục khí nhẹ để dung dịch tiếp xúc đều và ngâm trong khoảng 6-24 giờ để phân hủy các chất bẩn hữu cơ và vi sinh vật.
- Xả và trung hòa: Bơm bỏ dung dịch NaOCl và rửa lại bể bằng nước sạch nhiều lần.
- Rửa bằng axit: Bơm nước sạch vào bể, sau đó pha dung dịch axit (thường là Axit Citric hoặc HCl, pH khoảng 2-3). Ngâm trong khoảng 2-4 giờ để loại bỏ các cặn vô cơ như canxi cacbonat.
- Xả và vận hành lại: Bơm bỏ dung dịch axit, rửa lại kỹ bằng nước sạch cho đến khi pH trở lại mức trung tính. Sau đó, nạp lại bùn và nước thải để hệ thống hoạt động trở lại.

Lưu ý an toàn: Luôn trang bị đầy đủ đồ bảo hộ cá nhân (găng tay, kính mắt, quần áo bảo hộ) khi tiếp xúc với hóa chất. Tuân thủ nghiêm ngặt hướng dẫn an toàn của nhà sản xuất.

Sự Cố	Nguyên Nhân Có Thể	Biện Pháp Khắc Phục
Áp suất TMP tăng nhanh	– Màng bị nghẹt nặng do bám bẩn hữu cơ/vô cơ. Nồng độ bùn (MLSS) quá cao. Sục khí dưới chân màng yếu hoặc không đều. Lưu lượng hút vượt quá thiết kế.	– Thực hiện ngay vệ sinh hóa chất (CIP hoặc Rửa phục hồi). Xả bớt bùn dư. Kiểm tra lại máy thổi khí, hệ thống phân phối khí. Điều chỉnh lại lưu lượng bơm hút.
Lưu lượng nước hút giảm	– Màng bị nghẹt. Bơm hút gặp vấn đề (hỏng, e khí).Van trên đường ống hút bị đóng hoặc kẹt.	– Xử lý như trường hợp TMP tăng nhanh. Kiểm tra bơm hút, mồi lại bơm nếu cần. Kiểm tra tất cả các van trên đường ống.
Chất lượng nước đầu ra kém	– Sợi màng bị đứt, rách hoặc hở gioăng. Tải trọng ô nhiễm đầu vào tăng đột ngột. Hệ vi sinh vật gặp vấn đề (sốc tải, nhiễm độc).	– Thực hiện kiểm tra tính toàn vẹn của màng để xác định vị trí hỏng và sửa chữa hoặc thay thế. Điều chỉnh lưu lượng đầu vào, kiểm soát nguồn thải. Kiểm tra các thông số của bể sinh học (pH, DO), xem xét bổ sung vi sinh.
Sủi bọt nhiều trên bề mặt	– Vi sinh vật dạng sợi phát triển mạnh. Nước thải đầu vào có chứa chất hoạt động bề mặt (xà phòng). Bùn bị phân hủy kỵ khí.	– Sử dụng hóa chất khử bọt. Tăng cường sục khí, điều chỉnh tỷ lệ F/M (Food to Microorganism). Kiểm soát nguồn nước thải đầu vào.

Kết Luận

Hệ thống màng lọc sinh học MBR là một công nghệ xử lý nước thải ưu việt, nhưng để phát huy tối đa hiệu quả và đảm bảo độ bền, nó đòi hỏi sự quan tâm đúng mức đến công tác vận hành và bảo trì. Việc xây dựng một quy trình chuẩn, ghi chép nhật ký vận hành đầy đủ và thực hiện bảo trì, vệ sinh định kỳ là những khoản đầu tư xứng đáng giúp giảm thiểu sự cố, tiết kiệm chi phí sửa chữa và đảm bảo chất lượng nước đầu ra luôn ổn định, đáp ứng các tiêu chuẩn môi trường khắt khe nhất. Bằng cách tuân thủ nghiêm ngặt các hướng dẫn trên, doanh nghiệp có thể hoàn toàn yên tâm về sự ổn định và hiệu quả của hệ thống xử lý nước thải của mình.