Tro xỉ than - chất thải của các nhà máy nhiệt điện đốt than, là nguồn chất thải lớn thứ hai ở Mỹ, chỉ sau rác thải sinh hoạt. Việc quản lý an toàn và bền vững tro xỉ than là một trong những thách thức phức tạp nhất mà các nhà sản xuất năng lượng của nước này đang phải đối mặt.

Thông thường, các cơ sở phát điện được xây dựng gần nguồn nước để nguồn cung cấp nước làm mát luôn sẵn có. Vì vậy, nhằm đảm bảo chất thải tro xỉ than được xử lý an toàn, bảo vệ môi trường địa phương và ngăn ngừa thiệt hại cho đất đai hoặc đường thủy, Cơ quan Bảo vệ Môi trường Mỹ (EPA) đã đặt ra các quy tắc nghiêm ngặt. Các quy định này nhằm giải quyết các rủi ro tiềm ẩn từ việc xử lý tro xỉ than, chẳng hạn như việc phát tán các chất gây ô nhiễm vào không khí dưới dạng bụi, lớp che phủ hồ chứa xỉ than mất tác dụng hoặc sự rò rỉ các chất gây ô nhiễm vào nước ngầm – yếu tố nguy cơ gây ảnh hưởng tới sức khỏe nghiêm trọng vì hiện có 115 triệu người dân Mỹ đang lấy nước uống từ nước ngầm.

Theo đó, các cơ sở phát điện phải lưu trữ hồ sơ nhất quán và lập báo cáo phương thức quản lý, bảo trì và xử lý tro than, đồng thời, công khai các phương pháp quản lý hoặc xử lý tro than trên một trang web có thể truy cập rộng rãi.

Giải pháp cho vấn đề phức tạp này đòi hỏi phương pháp tư duy toàn diện và một đối tác chuyên gia có kinh nghiệm chuyên sâu về xử lý tro than. Là nhà cung cấp công nghệ về nước hàng đầu của Mỹ, hoạt động tại hơn 150 quốc gia, trong hơn 20 năm qua, Xylem Inc. đã hoàn thành hơn 500 dự án xử lí tro than cho các công ty điện lực lớn nhất nước Mỹ. Thành công này của Xylem có sự đóng góp của một giải pháp độc đáo và tiên tiến, giúp cải tạo và xử lý nước tiếp xúc với tro than một cách an toàn và bền vững.

Giải pháp tích hợp thông minh

Nhằm hạ thấp mực nước của ao hồ chứa tro xỉ than, không cho tràn vào các tuyến đường thủy lân cận, Xylem đã phát triển một hệ thống kiểm soát và quản lý chất lượng nước thải, có thể tùy chỉnh để phù hợp với yêu cầu riêng của từng khách hàng. Hệ thống bao gồm máy bơm, đường ống nước thải, cảm biến giám sát dữ liệu và tiền xử lý. Các tính năng giám sát và điều khiển thông minh cũng có thể được tích hợp để tối đa hóa tính bền vững và giảm thiểu nhân lực cần thiết. Giải pháp tích hợp này đã được sử dụng thành công tại nhiều nhà máy điện trên khắp nước Mỹ, giúp các nhà quản lý tuân thủ các quy định của EPA theo cách tiết kiệm chi phí và tài nguyên, đồng thời duy trì sự an toàn của khu vực xung quanh.

Đồng thời, Xylem đã phát triển một quy trình giám sát tổng chất rắn lơ lửng (TSS) và nồng độ pH trong hồ chứa tro than, kết hợp sử dụng các hóa chất tiền xử lý hoặc chất keo tụ nhằm đảm bảo nước thải được xử lý nằm trong giới hạn của EPA và an toàn để hệ thống tiếp tục bơm nước vào các tuyến đường thủy lân cận. Nếu TSS hoặc pH của nước thải vượt giới hạn cho phép, cảnh báo sẽ được kích hoạt và hệ thống sẽ tự động tắt.

Nhằm tăng tính linh hoạt cho hệ thống, đặc biệt khi cần xử lý tro xỉ than cho một khu vực dễ bị ngập lụt, Xylem đã phát triển một phiên bản di động nhỏ gọn thay cho thiết kế ban đầu. Được lắp đặt trên một xe moóc sàn phẳng, hệ thống kiểm soát và quản lý chất lượng nước của Xylem có thể dễ dàng di chuyển đến địa điểm khác nhau khi cần thiết. Ở những vị trí không tiếp cận được với lưới điện, hệ thống này có thể lắp thêm một giá trượt năng lượng mặt trời để cung cấp năng lượng cho thiết bị.

Hệ thống của Xylem có thể hoạt động nhờ các tấm pin năng lượng mặt trời ở những địa điểm xa xôi. Nguồn: Xylem

Mặc dù có kích thước nhỏ, nằm vừa vặn trên xe moóc dài 2m x 6m nhưng hệ thống này có khả năng đáp ứng được lưu lượng nước lên tới 4,5m³/ phút. Đây là một hệ thống hoàn toàn khép kín, bao gồm hai thùng hóa chất tiền xử lý, các máy bơm định lượng hóa chất và một máy phát điện. Hệ thống có hai điểm xả - một cho nước sạch và một cho nước thải.

Nhu cầu nhân lực tối thiểu, mức độ tuân thủ cao, ghi dữ liệu liên tục

Một trong nhiều lợi ích của hệ thống kiểm soát và quản lý chất lượng nước của Xylem là yêu cầu nhân lực tối thiểu để vận hành. Các thiết bị giám sát và điều khiển thông minh từ xa cho phép quan sát hoạt động của hệ thống từ bất kỳ vị trí nào, đồng thời thiết bị báo động cảnh báo cho người vận hành ngay khi có sự cố.

Hệ thống xử lý nước thải này cũng đảm bảo mức độ tuân thủ cao với các quy định của EPA về việc xử lý an toàn tro than của các nhà máy nhiệt điện than. Việc đo TSS liên tục góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động đồng thời cắt giảm chi phí vận hành. Tự động hóa hệ thống giúp cắt giảm nhân lực và chi phí cho phòng thí nghiệm nhờ loại bỏ việc lấy mẫu bổ sung và các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, cũng như việc bật/tắt các máy bơm và van để quản lý quy trình tiền xử lý một cách chính xác.

Thông thường, các cơ sở cần lấy mẫu nước thải một hoặc hai lần mỗi ngày và kiểm tra trong phòng thí nghiệm. Việc lấy mẫu theo cách thủ công vào các khoảng thời gian khác nhau trong ngày có thể dẫn tới việc bỏ sót sự tăng đột biến hàm lượng TSS hoặc nồng độ pH và chỉ phát hiện ra sau khi có thiệt hại, chẳng hạn như ảnh hưởng đến đời sống thủy sinh ở hạ lưu.

Với hệ thống của Xylem, có thể sử dụng các cảm biến quang học thông minh để liên tục đo hàm lượng TSS theo thời gian thực nhằm kiểm chứng nước xả đáp ứng các quy định hiện hành. Việc thử nghiệm TSS trong phòng thí nghiệm vẫn tiếp tục được thực hiện định kỳ nhằm đáp ứng các yêu cầu về giấy phép (cũng như để kiểm tra hiệu chuẩn của thiết bị trực tuyến). Tuy nhiên, việc giám sát TSS dựa trên đầu dò theo thời gian thực giúp loại bỏ nhu cầu lấy mẫu bổ sung thường xuyên và thử nghiệm trong phòng thí nghiệm. Từ đó, giảm thiểu được rủi ro và chi phí tuân thủ cho các cơ sở phát điện.

Ngoài ra, lợi ích của việc giám sát TSS theo thời gian thực là cung cấp tài liệu sao lưu liên tục, một cảm biến “dấu vân tay quang học” cung cấp hồ sơ xả nước thải theo thời gian thực giúp chứng minh sự tuân thủ các quy định môi trường.

Phiên bản di động của hệ thống quản lý và kiểm soát chất lượng nước của Xylem được đặt trên một xe moóc sàn phẳng có thể dễ dàng di chuyển đến các địa điểm khác nhau khi cần thiết. Nguồn: Xylem

Các bộ phận của hệ thống kiểm soát và quản lý chất lượng nước của Xylem bao gồm máy phát điện chạy bằng dầu diesel công suất 7 kW, hệ thống ống dẫn, các máy bơm định lượng hóa chất, máy trộn tĩnh nội tuyến, van bướm tự động, vòng kẹp Smith-Blair, các đầu dò của mạng lưới các bộ điều khiển và cảm biến trực tuyến YSI IQ SensorNet (có thể sử dụng các đầu dò khác nhau tùy thuộc vào nhu cầu, chẳng hạn như theo dõi độ đục, TSS, pH hoặc các thông số khác), lưu lượng kế điện từ MJK và thiết bị giám sát và điều khiển thông minh Godwin.

Với những tính năng trên, rõ ràng giải pháp “một cửa” của Xylem có tiềm năng sử dụng không chỉ trong ngành điện đốt than mà còn trong nhiều ngành công nghiệp khác, với lợi thế là khả năng tùy chỉnh cho phù hợp với từng ứng dụng riêng lẻ của các khách hàng./.