Đăng ký thành viên

Hệ thống xử lý bằng siêu âm thân thiện với môi trường, kiểm soát tảo trong bể lắng của nhà máy điện

Các chuyên gia xử lý nước thường chuyển sang sử dụng hóa chất để kiểm soát tảo trong các bể lắng của nhà máy điện. Mặc dù phương pháp này có thể hiệu quả, nhưng công nghệ siêu âm thân thiện với môi trường có thể thực hiện công việc đó tốt hơn với chi phí thấp hơn hẳn - và không gây hại cho cá hoặc các loài thực vật.

Chương trình giấy phép của Hệ thống Quốc gia về Loại bỏ việc Xả chất Ô nhiễm (NPDES) được xây dựng năm 1972 theo Luật Nước sạch. NPDES giúp giải quyết vấn đề ô nhiễm nước bằng cách điều tiết các nguồn chất thải ô nhiễm xuống nước ở Mỹ.

Hạn chế về lượng nước thoát ra là cơ chế chính trong giấy phép NPDES để kiểm soát lượng xả thải các chất ô nhiễm vào các vùng tiếp nhận nước. Các hướng dẫn và tiêu chuẩn về giới hạn nước thải được Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ thiết lập cho các loại hình phi đô thị khác nhau. Các hướng dẫn này được phát triển dựa trên mức độ giảm thiểu chất ô nhiễm có thể đạt được đối với một loại hình công nghiệp thông qua việc áp dụng các công nghệ kiểm soát chất ô nhiễm.

Các nhà máy điện có thể gặp khó khăn trong việc tuân thủ các giới hạn trong giấp phép NPDES. Ví dụ, Nhà máy điện Rollin M. Schahfer của Công ty Dịch vụ Công miền Bắc bang Indiana (NIPSCO), nằm ở hạt Jasper gần thị trấn Wheatfield, bang Indiana (Mỹ), vận hành bốn tổ máy nhiệt điện than với tổng công suất khoảng 1.943MW. Nhà máy này lấy nước làm mát từ sông Kankakee. Trước khi xả nước trở lại xuống sông, nước được thải vào bể lắng cuối cùng, có diện tích bề mặt khoảng 78,5ha và độ sâu trung bình khoảng 3.26m. Nước phải đáp ứng các giới hạn trong giấy phép của NPDES khi thải trở lại ra sông.

Trong số các yêu cầu có quy đinh hàm lượng tổng chất rắn lơ lửng (TSS) phải thấp hơn 30ppm tính trong từng ngày và thấp hơn 15ppm trung bình hàng tháng, và độ pH phải thấp hơn 9. Nước trong hồ lắng thường giàu chất dinh dưỡng và nhiệt độ nước trong bể lắng Nhà máy điện Schahfer cao hơn nước sông, do đã hấp thụ nhiệt trong các bình ngưng khi đi qua nhà máy. Điều này khiến cho tảo tăng trưởng với tốc độ tương đối nhanh và tảo nở hoa ảnh hưởng xấu đến TSS và độ pH.

Trong nhiều năm, NIPSCO đã sử dụng chất diệt tảo trong chương trình nước làm mát để đáp ứng các giới hạn NPDES tại bể lắng cuối cùng. Tuy nhiên, chất diệt tảo có thể tốn kém và các lựa chọn bị hạn chế vì không thể bổ sung trực tiếp chất diệt tảo vào bể lắng do nước thải từ bể lắng lại đổ xuống sông. Công ty đã thử nghiệm các giải pháp khác để giảm mức TSS, nhưng kết quả không nhất quán và các bộ lọc từ các mẫu TSS thường có màu xanh lục. Lọc nước thải từ bể lắng đã được xem xét, nhưng nó không thực sự là một lựa chọn hiệu quả kinh tế.

Xử lý bằng siêu âm

NIPSCO đã làm việc trực tiếp với LG Sonic (Hà Lan) để phát triển một giải pháp siêu âm, sử dụng công nghệ MPC-Buoy của LG Sonic. MPC-Buoy là một hệ thống năng lượng mặt trời nổi kết hợp theo dõi chất lượng nước theo thời gian thực và sóng siêu âm để kiểm soát tảo hiệu quả.

Siêu âm có thể sử dụng ở cả các bề mặt nước ngọt, chẳng hạn như hồ, bể chứa nước uống và bể chứa thủy lợi, cũng như trong các môi trường biển. Việc kiểm soát tảo có thể cải thiện độ trong của nước, giảm TSS và độ pH.

Khoa học phía sau công nghệ này

Để kiểm soát tảo, hệ thống LG Sonic truyền các sóng siêu âm đặc biệt xuống nước. Sóng âm có thể lan truyền qua cột nước hàng mấy trăm mét. Sóng siêu âm tạo ra một lớp âm thanh trong lớp trên cùng của nước, tác động đến sự điều tiết nổi của tảo, cố định chúng vào cột nước. Các tế bào tảo chìm xuống các lớp sâu hơn và tối hơn của cột nước, nơi chúng không có khả năng quang hợp, và cuối cùng chúng chết do thiếu ánh sáng mặt trời.

Các chương trình tần số cụ thể đã được sử dụng, dựa trên loại tảo cần kiểm soát. Do khả năng thích ứng của tảo trong các mùa trong hồ hoặc các khối nước lớn khác, khả năng thay đổi các tần số siêu âm này là rất quan trọng để đạt được tác dụng lâu dài.

Nói chung, nồng độ tảo nở hoa có thể giảm từ 70% đến 90% so với một khối nước chưa được xử lý.

MPC-Buoy

MPC-Buoy sử dụng sóng siêu âm cụ thể và công suất thấp (5–20W trên mỗi máy phát). Lisa Brand, Giám đốc Công nghệ của LG Sonic đã lưu ý, nhiều nghiên cứu đã chứng minh sóng siêu âm công suất thấp vô hại đối với cá và các loài thực vật.

Đối với bể lắng của Nhà máy điện Schahfer, Công ty LG Sonic đã thiết kế một hệ thống với hai thiết bị MPC-Buoy Pro và ba thiết bị MPC-Buoy Lite (Hình 1). Các thiết bị MPC-Buoy Pro bao gồm các máy phát siêu âm và cảm biến theo dõi chất lượng nước có thể tùy chỉnh theo nhu cầu của người dùng. Thiết bị Lite chỉ bao gồm máy phát siêu âm — không có cảm biến theo dõi. Các thiết bị Lite nhận được các hướng dẫn xử lý bằng sóng siêu âm từ các thiết bị Pro.

Hình 1: Hệ thống MPC-Buoy được lắp đặt tại Nhà máy điện R.M. Schahfer sử dụng các pin quang điện mặt trời để cấp năng lượng cho các máy phát sóng âm để kiểm soát tảo (Ảnh st)

Hệ thống MPC-Buoy không yêu cầu hóa chất hoặc các vật tư tiêu hao khác. Tuy nhiên, các cảm biến trên phao cần được vệ sinh định kỳ. Việc vệ sinh là cần thiết khoảng hai tháng một lần và chỉ mất vài giờ để hoàn thành. Tần suất bảo trì ở các công trình lắp đặt khác có thể khác nhau, tùy thuộc vào vị trí, chất lượng nước và thời tiết.

Bài học kinh nghiệm

Hệ thống MPC-Buoy có thiết kế mạnh mẽ và thông minh, giúp khách hàng dễ dàng lắp đặt và bảo trì (Ảnh st)

Hệ thống MPC-Buoy đã được lắp đặt tại Schahfer vào ngày 1/4/2019. Thời điểm rất quan trọng đối với NIPSCO vì công ty muốn có các thiết bị tại chỗ trước khi tảo phát triển.

LG Sonic cho biết các thiết bị của họ có thiết kế mạnh mẽ và thông minh, giúp khách hàng dễ dàng lắp đặt và bảo trì. Công ty cho biết việc lắp đặt và thay thế đầu dò đều đơn giản dễ dàng. Theo LG Sonic, NIPSCO có thể dễ dàng hoàn thành lắp đặt 5 phao trong một ca làm việc kéo dài 8 giờ. Việc tháo ra và cất giữ cũng có thể được thực hiện trong vòng 8 giờ.

NIPSCO đã ngừng hầu hết các biện pháp xử lý hóa học mà họ đang sử dụng trên bể lắng tại Nhà máy điện Schahfer vào ngày hệ thống MPC-Buoy được lắp đặt. Điều đó hóa ra là một sai lầm, vì siêu âm vẫn chưa bắt đầu có tác dụng, và một đám tảo nở hoa đã phát triển sau đó. LG Sonic hiện khuyến nghị xử lý bằng siêu âm và theo dõi ít nhất hai tuần trước khi thay đổi các phương pháp xử lý trước đó.

Vào năm 2020, một vấn đề đã phát sinh do không đủ thiết bị neo cố định. Thiết bị mới được cố định tạm thời bằng dây thừng, nhưng khi gió bão ập đến, phao bị đứt rời và bị hư hại khi va vào bờ đá. Rất may là do thiết kế dạng mođun, chỉ cần thay thế hai máy phát siêu âm và một cảm biến pH - phần còn lại vẫn ổn.

Kết quả mong đợi

Brian Snyder, chuyên gia hóa chất và môi trường cao cấp của NIPSCO trao đổi với LG Sonic: “NIPSCO đã sử dụng đồng thời chất diệt tảo amin bậc bốn và chất chặn tia UV tại tất cả các tháp làm mát của chúng tôi. Vào cuối mùa 2019, NIPSCO đã loại bỏ việc sử dụng hóa chất ngăn chặn tia UV và chúng tôi đã giảm 25% lượng chất diệt tảo. Năm 2020, NIPSCO đã có thể giảm hơn nữa việc sử dụng chất diệt tảo xuống còn 33% so với trước khi lắp đặt  hệ thống MPC-Buoy”.

Biên dịch: Nguyễn Thị Dung

Theo “Powermag”, tháng 7/2021