Quản lý chỉ số hydrosunfua trong nước thải để đảm bảo an toàn

Chúng ta cần một giải pháp giám sát nồng độ H2S trong nước thải theo thời gian thực, vừa có thể thông báo ngay về độ an toàn của nước thải, vừa phù hợp với chi phí và nhu cầu của người dân.

Bài viết này sẽ nêu 4 điểm trọng tâm để phát huy tối đa những yêu cầu kể trên.

Thế nào là hydro sunfua?

Trước hết, hydrosunfua (H2S) là một hợp chất hóa học, là một loại khí không màu với mùi hôi đặc trưng của trứng thối, rất độc, có tính ăn mòn và dễ cháy, theo hai tác giả N. N. Greenwood và A. Earnshaw trong cuốn Chemistry of the Elements (ấn bản thứ hai).

Hydrosunfua được hình thành do phản ứng sinh học trong hệ thống cống rãnh hoặc nhà máy xử lý nước thải, bao gồm quá trình lên men kỵ khí (không có, hoặc mật độ oxy thấp) các chất hữu cơ có trong nước thải. Tức là khi sunfat (chất hoạt động bề mặt có tác dụng tẩy rửa, chất làm đặc và chất nhũ hóa) phản ứng với màng sinh học thiếu khí trong môi trường nước thải tạo ra H2S trong nước thải (Hình 1).

Khi một số lượng H2S đó chuyển thành dạng khí ở bề mặt nước, nó có thể lấp đầy khoảng trống trong đường ống hoặc các cấu trúc khác.

Vi khuẩn có khả năng oxy hóa H2S thành axit sunfuric (một loại axit rất độc) có mặt khắp nơi trong tự nhiên và trong nước thải, Công ty TNHH Môi Trường Tầm Nhìn Xanh (GREE) nêu trong một bài viết.

Loại vi khuẩn này cũng có mặt trên thành và đỉnh cống vào những lúc lưu lượng lớn hay theo một số cách khác.

Do điều kiện hiếu khí luôn tồn tại trong hệ thống cống, những vi khuẩn hiếu khí oxy hóa H­2S thành axit và sau đó trở nên đậm đặc và ăn mòn bê tông. Quá trình hình thành axit đặc biệt nghiêm trọng ở đỉnh cống do tại đó quá trình rút nước là nhỏ nhất, tạo ra mùi và ăn mòn hệ thống cống (Hình 1).

Thông qua các phương trình hóa học, có thể xử lý khí H­2S bằng một số chất như: oxit sắt, than hoạt tính, amoniac, natri cacbonat, kali photphat, xút và amoni cacbonat, với mục tiêu là giải phóng hoặc oxy hóa H2S và tách lưu huỳnh ra khỏi dung dịch.

Ảnh hưởng của hydrosunfua

Khi nồng độ của H2S đạt một ngưỡng nhất định có thể ảnh hưởng tới ba khía cạnh sau đây:

An toàn lao động: Tuy tin về tai nạn cho công nhân trong môi trường nước thải không có nhiều, nhưng tại nạn vẫn còn tồn tại và tiếp diễn cho thấy đây là vấn đề đáng quan tâm. Gần đây nhất có vụ công nhân môi trường ở Quảng Ninh tử vong do ngộ độc khí dưới hố thu gom nước thải, báo Sức khỏe và Đời sống đưa tin hôm 05/0/2022.

Việc xử lý tốt hơn các dữ liệu về H2S thực tế trong nước thải cung cấp từ hệ thống thu gom hoặc các nhà máy xử lý nước thải sẽ đem lại khả năng thực hiện các biện pháp phòng ngừa hiệu quả cao, giúp đảm bảo an toàn lao động cho các công nhân làm việc ở những khu vực nguy hiểm này. Một điều quan trọng là thực hiện đo hàm lượng H2S trong chính nước thải sẽ cho ra đánh giá thực tế nhất về rủi ro, hơn là đo ở gần miệng cống.

Kiểm soát mùi và sức khỏe dân sinh: Ở một mức độ thấp (từ 0,01 đến 1,5 ppm) (ppm là đơn vị đo, viết tắt của parts per million, nghĩa là một phần triệu), H2S gây khó chịu bởi mùi trứng thối đặc trưng của mình, cũng đủ để khiến cho các hộ gia đình gần hệ thống cống chứa ít H2­S gặp không ít trở ngại trong quá trình sinh hoạt.

Cục An toàn Lao động Mỹ thông tin, khi ở một nồng độ cao hơn (từ 2 đến dưới 100 ppm), H2S là khí gây ngạt vì chúng có khả năng hấp thụ oxy rất mạnh; khi hít phải nạn nhân có thể bị ngạt, bị viêm màng kết do H2S tác động vào mắt, bị các bệnh về phổi vì hệ thống hô hấp bị kích thích mạnh do thiếu oxy, có thể gây thở gấp và ngừng thở. H2S ở nồng độ trên 100 ppm có thể gây tê liệt hô hấp và nạn nhân bị bất tỉnh, trí nhớ và khoảng chú ý kém, thậm chí là chết ngạt.

Ngoài ra, H2S là một loại khí dễ cháy và có thể gây ra các tình huống có thể đe dọa đến tính mạng nếu không được xử lý đúng cách.

Kiểm soát ăn mòn: Sự ăn mòn “đỉnh cống” của ống bê tông đặc biệt nghiêm trọng khi nước thải sinh hoạt có nhiệt độ cao, thời gian lưu trong cống dài và nồng độ sulfate cao, khiến chúng biến thành thạch cao bong tróc, ăn mòn cốt thép và làm suy yếu cấu trúc tổng thể.

Nếu không phát hiện sớm đường ống ngầm bị ăn mòn “đỉnh cống” thì có thể dẫn tới sụp đổ, hư hỏng các cấu trúc, mạng lưới xây dựng ở khu vực lân cận và khiến công tác khắc phục trở nên phức tạp hơn.

Tối ưu hóa công dụng của phép đo pha lỏng

Hiện nay đang có hai loại cảm biến thông dụng để đo lưu lượng H2S là cảm biến pha khí (gas-phase) và cảm biến pha lỏng (liquid-phase).

Phát hiện ra khí hydrosunfua bằng mũi có thể là một cách tốt, nhưng đó không phải là giải pháp hoàn hảo. Bởi thực tế, nồng độ cao của chất này có thể nhanh chóng vô hiệu hóa khả năng ngửi thấy nó và bản thân người tiếp xúc cũng sẽ gặp những khó khăn nêu trên.

Tương tự như vậy, cảm biến pha lỏng theo báo cáo của nhiều chuyên gia cho thấy một kết quả vượt trội hơn so với cảm biến pha khí.

Hình 2 có trong các bài viết của Hach, một công ty ở Mỹ cung cấp giải pháp quản lý nguồn nước. Các bài viết này tập trung so sánh hai công nghệ đo và quản lý lưu lượng hydrosunfua là đo pha lỏng và đo pha khí.

Trong đó, có thể thấy vị trí (1) là trong chính nước thải cho ra nồng độ lớn nhất, vị trí (2) là khoảng không phía trên mặt nước cho con số thấp hơn một chút và vị trí (3) là đỉnh của miệng cống cho kết quả nhỏ hơn 15 lần so với hai kết quả trên. Điều này một lần nữa khẳng định việc đo lưu lượng H2S trong chính nước thải sẽ cho kết quả chính xác nhất, đồng nghĩa với việc sử dụng cảm biến pha lỏng sẽ đem lại hiệu quả hơn.

Hình 2 cũng cho thấy kết quả thu được khi sử dụng cảm biến pha lỏng sẽ nhất quán và toàn diện hơn. Đối với khí, mật độ khí không chỉ tập trung ở một điểm cố định mà theo thời gian, nó còn có thể khuếch tán sang nhiều vị trí khác. Kết quả đo từ đó cũng sẽ chênh lệch (như vị trí 2 và 3). Còn đối với đo trực tiếp ở nước thải, kết quả gần như sẽ không đổi tại bất kỳ điểm nào, kể cả khi nồng độ biến thiên do có đầu vào mới.

Vận dụng linh hoạt các phương pháp đo

Việc xác định rõ các vị trí H2S được hình thành và xây dựng chúng thành một sơ đồ để quản lý, thu thập thông tin là bước đầu trong khâu xử lý hiệu quả.

Cùng với đó, kết hợp cả hai loại cảm biến pha lỏng và pha khí sẽ giúp tạo sự linh hoạt tối đa cho việc giám sát hoặc kiểm tra tại chỗ nhiều vị trí trong hệ thống thu gom hoặc nhà máy xử lý để giải quyết các vấn đề về an toàn, chống mùi hoặc chống ăn mòn với mức đầu tư tối thiểu.

Việc hạn chế được chi phí xử lý hóa chất cũng giúp ngăn chặn nguy cơ làm đảo lộn các quá trình sinh học ở các khu vực hạ nguồn, góp phần bảo vệ môi trường sống của người dân nói chung và môi trường ao, hồ nói riêng.