Công nghệ xử lý nước thải AAO

Hệ thống XLNT thông thường bao gồm các công trình tại đó nước thải được xử lý bằng các phương pháp cơ học, hóa học,sinh học, để loại bỏ các chất rắn, các chất hữu cơ và đôi khi cả các chất dinh dưỡng có trong nước thải. Nước thải được tiến hành làm sạch theo trình tự tăng mức độ xử lý từ xử lý sơ bộ, xử lý sơ cấp (bậc một), thứ cấp (bậc hai), triệt để (bậc ba)và có thể có thêmcác công đoạn xử lý đặc biệt khác. Tại một số nước, công đoạn khử trùng các vi khuẩn,mầm bệnh thường là bước xử lý cuối cùng.

Thông thường các phương pháp xử lý sinh học được xử dụng trong giai đoạn xử lý bậc hai để phân hủy các chất ô nhiễm có trong nước của hệ vi sinh vật kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí điển hình là xử lý nước thải bằng công nghệ AAO.

AAO là viết tắt của cum từ Anerobic (kỵ khí) – Anoxic (thiếu khí) – Oxic (hiếu khí). Công nghệ AAO là quy trình xử lý sinh học liên tục, kết hợp 3 hệ vi sinh: kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí để xử lý nước thải. Dưới tác dụng phân hủy chất ô nhiễm của vi sinh vật, nước thải sẽ được xử lý trước khi thải ra môi trường.

Nguyên lý hoạt động của công nghệ xử lý nước thải AAO: Nước thải được xử lý triệt để qua hoạt động phân hủy các chất ô nhiễm có trong nước thải của hệ vi sinh vật kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí.
 

    - Quá trình xử lý kỵ khí:  Khử hydrocacbon, kết tủa kim loại nặng, kết tủa photpho, khử Clo hoạt động…

    - Quá trình xử lý yếm khí: Khử  nitrat thành khí nitơ N2, giảm hàm lượng BOD, COD trong nước thải.

    - Quá trình hiếu khí: để chuyển hóa NH4 thành NO3, khử BOD, COD, sunfua…

    - Tiệt trùng: bằng lọc vi lọc hoặc bằng hóa chất – chủ yếu dung hypocloride canxi (Ca(OCl)2) để khử các vi trùng gây bệnh…

Sơ đồ quy trình công nghệ AAO

Hình 1: Sơ đồ công nghệ xử lý nước thải AAO

Công nghệ AAO bao gồm 03 quá trình: Anerobic (kỵ khí); Anoxic (thiếu khí); Oxic (hiếu khí).
1. Quá trình kỵ khí (Anerobic)

Quá trình phân hủy yếm khí chất hữu cơ rất phức tạp liên hệ đến hàng trăm phản ứng và sản phẩm trung gian. Tuy nhiên người ta thường đơn giản hóa chúng bằng phương trình sau:

và chia thành 03 giai đoạn chính:

- Giai đoạn 1: Giai đoạn phân hủy và lên men các chất hữu cơ cao phân tử

Các chất hữu cơ trong nước thải phần lớn là các chất hữu cơ cao phân tử như protein, chất béo, carbohydrate, cellulose, lignin. Ở giai đoạn này các chất hữu cơ cao phân tử bị phân hủy bởi các enzyme ngoại bào (sản sinh bởi các vi khuẩn). Sản phẩm của giai đoạn này là các chất hữu cơ có phân tử nhỏ, hòa tan được sẽ làm nguyên liệu cho các vi khuẩn ở giai đoạn 2. Các phản ứng thủy phân trong giai đoạn này biến đổi các protein thành các a-axít amin, carbohydrate thành các đường đơn, chất béo thành các axít béo chuỗi dài.
- Giai đoạn 2: Giai đoạn sinh axit và khí hydrô

Các chất hữu cơ đơn giản sản xuất ở giai đoạn 1 sẽ được nhóm vi khuẩn Acedogenic chuyển hóa thành a-xit a-xê-tíc (kể cả các muối của nó), H₂ và CO₂. Tỉ lệ của các sản phẩm này phụ thuộc vào hệ vi sinh vật trong bể kỵ khí và các điều kiện môi trường.

- Giai đoạn 3: Giai đoạn sinh khí mê-tan

Các sản phẩm của giai đoạn 2 sẽ được chuyển đổi thành CH₄ và các sản phẩm khác bới nhóm vi khuẩn mê-tan. Vi khuẩn mê-tan là những vi khuẩn yếm khí bắt buộc, có tốc độ sinh trưởng chậm hơn các vi khuẩn ở giai đoạn 1 và giai đoạn 2. Các vi khuẩn mê-tan sử dụng axit a-xê-tic, methanol, CO₂ , H₂ để sản xuất mê tan.

2. Quá trình Anoxic (Thiếu khí)
Trong nước thải, có chứ hợp chất Nito và photpho, những hợp chất này cần phải được loại bỏ ra khỏi nước thải.

Tại bể Anoxic, trong điều kiện thiếu khí hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển xử lý N và P thông qua quá trình Nitrat hóa và Photphoril.

Mô tả quá trình khử Nitrate (denitrification)

     Khử nitrate, bước thứ hai theo sau quá trình nitrate hóa, là quá trình khử nitrate-nitrogen thành khí nitơ, nitrous oxide(N2O) hoặc nitrite oxide (NO)  được thực hiện trong môi trường thiếu khí (Anoxic) và đòi hỏi một chất cho electron là chất hữu cơ hoặc vô cơ.
3. Quá trình oxic (hiếu khí)

Trong quá trình oxic (hiếu khí), các vi sinh vật hiếu khí có nhiệm vụ phân hủy và chuyển hóa các chất hữu cơ thành sinh khối, co­­­­₂ và nước. Các sinh vật này tập hợp lại dưới dạng bông bùn hoạt tính, chúng sử dụng oxy hòa tan từ hệ thống phân phối khí. Khi nguồn oxy hòa tan được đảm bảo, quá trình oxy hóa sinh học các chất ô nhiễm diễn ra triệt để. Nước thải sẽ được làm sạch và sinh khối vi sinh vật tăng lên. Điều kiện chung cho vi khuẩn nitrat hóa pH = 5,5 – 9 nhưng tốt nhất là 7,5. Khi pH < 7 thì vi khuẩn phát triển chậm, oxy hòa tan cần là 0,5 mg/l, nhiệt độ từ 5 – 40^oC.
Quá trình này diễn ra mạnh mẽ nếu dùng biện pháp tác động vào như: sục khí, làm tăng lượng hoạt động của vi sinh vật bằng cách tăng bùn hoạt tính, điều chỉnh hàm lượng chất dinh dưỡng và ức chế các chất độc làm ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của vi sinh vật. Ngoài ra, nhiệt độ thích hợp cho quá trình xử lí là 20 – 40⁰C, tối ưu là 25⁰C – 30⁰C.

Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải gồm 3 giai đoạn sau:

- Giai đoạn 1: oxy hóa các chất hữu cơ

- Giai đoạn 2: Tổng hợp xây dựng tế bào

- Giai đoạn 3: Oxy hóa chất liệu tế bào

Ưu điểm và nhược điểm của công  nghệ xử lý nước thải AAO
- Ưu điểm:

+ Đảm bảo hiệu suất xử lý cao và ổn định..

+ Chi phí đầu tư xây dựng thấp.

+ Chi phí vận hành thấp.

+ Giảm  và hạn chế  tối thiểu mùi khó chịu.

+ Duy trì  được khả năng XLNT với tải lượng ô nhiễm không ổn định.

+ Giảm diện tích đất cần thiết  khi tái sử dụng nước thải.

+ Giảm khối lượng chất phát sinh trong quá trình xử lý.
- Nhược điểm:

+ Hạn chế trong việc loại bỏ các vi khuẩn gây bệnh.

+ Giá thành xây dựng tương đối cao.

+ Ảnh hưởng bởi các điều kiện thời tiết.

+ Hạn chế tái sử dụng chất dinh dưỡng đối với cây trồng.

+ Sự có  mặt của các động vật và côn trùng không mong muốn.