Công nghệ xử lý nước thải AAO

1. Công nghệ AAO

AAO là viết tắt của các cụm từ Anaerobic (kỵ khí) – Anoxic (thiếu khí) – Oxic (hiếu khí). Công nghệ AAO là quy trình xử lý sinh học liên tục ứng dụng nhiều hệ vi sinh vật khác nhau: hệ vi sinh vật kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí để xử lý nước thải. Dưới tác dụng phân hủy chất ô nhiễm của hệ vi sinh vật mà nước thải được xử lý trước khi xả thải ra môi trường.

Nguyên lý xử lý AAO:

Nước thải sẽ được xử lý triệt để nếu sử dụng các quá trình trong AAO.

Trong đó:

- Kỵ khí: để khử hydrocacbon, kết tủa kim loại nặng, kết tủa photpho, khử Clo hoạt động…

- Thiếu khí: để khử NO₃ thành N₂ và tiếp tục giảm BOD, COD.

- 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…

Ưu điểm:

- Chi phí vận hành thấp.

- Có thể di dời hệ thống xử lý khi nhà máy chuyển địa điểm.

- Khi mở rộng quy mô, tăng công suất, có thể nối lắp thêm các module hợp khối mà không phải dỡ bỏ để thay thế.

Nhược điểm:

- Yêu cầu diện tích xây dựng.

- Sử dụng kết hợp nhiều hệ vi sinh, hệ thống vi sinh nhạy cảm, dễ ảnh hưởng lẫn nhau đòi hỏi khả năng vận hành của công nhân vận hành.

Mô hình công nghệ AAO

2. Quá trình Anaerobic (xử lý sinh học kỵ khí)

Trong các bể kỵ khí xảy ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ hòa tan và các chất dạng keo trong nước thải với sự tham gia của hệ vi sinh vật kỵ khí. Trong quá trình sinh trưởng và phát triển, vi sinh vật kỵ khí sẽ hấp thụ các chất hữu cơ hòa tan có trong nước thải, phân hủy và chuyển hóa chúng thành các hợp chất ở dạng khí. Bọt khí sinh ra bám vào các hạt bùn cặn. Các hạt bùn cặn này nổi lên trên làm xáo trộn, gây ra dòng tuần hoàn cục bộ trong lớp cặn lơ lửng.

Quá trình phân hủy chất hữu cơ của hệ vi sinh vật kỵ khí rất phức tạp (chỉ có thể hiểu rõ trong phòng thí nghiệm), tuy nhiên chúng ta cũng có thể đơn giản hóa quá trình phân hủy kỵ khí bằng các phương trình hóa học như sau:

Chất hữu cơ + VK kỵ khí → CO₂ + H₂S + CH₄ + các chất khác + năng lượng

Chất hữu cơ + VK kỵ khí + năng lượng → C₅H₇O₂N (Tế bào vi khuẩn mới)

[C₅H₇O₂N là công thức hóa học thông dụng để đại diện cho tế bào vi khuẩn]

Hỗn hợp khí sinh ra thường được gọi là khí sinh học hay biogas, có thành phần như sau:

Methane (CH₄): 55 ÷ 65%; Carbon dioxyde (CO₂): 35 ÷ 45%; Nitrogen (N₂): 0 –÷ 3%; Hydrogen (H₂): 0 ÷ 1% và Hydrogen Sulphide (H₂S): 0 ÷ 1%.

Methane có nhiệt trị cao (gần 9000 Kcal/m³). Do đó, nhiệt trị của khí Biogas khoảng 4500 ÷ 6000 Kcal/m³ (tùy thuộc vào % lượng khí methane). Nên trong quá trình kỵ khí ở các công trình lớn người ra có thể tận thu khí Biogas làm chất đốt.

Quá trình phân hủy kỵ khí được chia thành 3 giai đoạn chính: phân hủy các chất hữu cơ cao phân tử, tạo các axit, tạo methane.

Ba giai đoạn của quá trình lên men kỵ khí:

3. Quá trình Anoxic (xử lý sinh học thiếu khí)

Trong nước thải, có chứ hợp chất nitơ 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.

Quá trình Nitrat hóa xảy ra như sau:

Hai chủng loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là Nitrosonas và Nitrobacter. Trong môi trường thiếu oxy, các loại vi khuẩn này sẻ khử Nitrat (NO₃^-) và Nitrit (NO₂^-) theo chuỗi chuyển hóa:

NO₃^- → NO₂^- → N₂O → N₂↑

Khí nitơ phân tử N₂ tạo thành sẽ thoát khỏi nước và ra ngoài. Như vậy là nitơ đã được xử lý.

Quá trình Photphorit hóa:

Chủng loại vi khuẩn tham gia vào quá trình này là Acinetobacter. Các hợp chất hữu cơ chứa photpho sẽ được hệ vi khuẩn Acinetobacter chuyển hóa thành các hợp chất mới không chứa photpho và các hợp chất có chứa photpho nhưng dễ phân hủy đối với chủng loại vi khuẩn hiếu khí.

Để quá trình Nitrat hóa và Photphoril hóa diễn ra thuận lợi, tại bể Anoxic bố trí máy khuấy chìm với tốc độ khuấy phù hợp. Máy khuấy có chức năng khuấy trộn dòng nước tạo ra môi trường thiếu oxy cho hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển. Ngoài ra, để tăng hiệu quả xử lý và làm nơi trú ngụ cho hệ vi sinh vật thiếu khí, tại bể Anoxic lắp đặt thêm hệ thống đệm sinh học được chế tạo từ nhựa PVC, với bề mặt hoạt động 230 ÷ 250 m²/m³. Hệ vi sinh vật thiếu khí bám dính vào bề mặt vật liệu đệm sinh học để sinh trưởng và phát triển.

4. Quá trình Oxic (xử lý sinh học hiếu khí)

Đây là bể xử lý sử dụng chủng vi sinh vật hiếu khí để phân hủy chất thải. Trong bể này, các vi sinh vật (còn gọi là bùn hoạt tính) tồn tại ở dạng lơ lửng sẽ hấp thụ oxy và chất hữu cơ (chất ô nhiễm) và sử dụng chất dinh dưỡng là Nitơ & Photpho để tổng hợp tế bào mới, CO₂, H₂O và giải phóng năng lượng. Ngoài quá trình tổng hợp tế bào mới, tồn tại phản ứng phân hủy nội sinh (các tế bào vi sinh vật già sẽ tự phân hủy) làm giảm số lượng bùn hoạt tính. Tuy nhiên quá trình tổng hợp tế bào mới vẫn chiếm ưu thế do trong bể duy trì các điều kiện tối ưu vì vậy số lượng tế bào mới tạo thành nhiều hơn tế bào bị phân hủy và tạo thành bùn dư cần phải được thải bỏ định kỳ.

Các phản ứng chính xảy ra trong bể Aerotank (bể xử lý sinh học hiếu khí) như:

Quá trình Oxy hóa và phân hủy chất hữu cơ:

Chất hữu cơ + O₂ → CO₂ + H₂O + năng lượng

Quá trình tổng hợp tế bào mới:

Chất hữu cơ + O₂ + NH₃ → Tế bào vi sinh vật + CO₂ + H₂O + năng lượng

Quá trình phân hủy nội sinh:

C₅H₇O₂N + O₂ → CO₂ + H₂O + NH₃ + năng lượng

Nồng độ bùn hoạt tính duy trì trong bể Aeroten: 3500 mg/l, tỷ lệ tuần hoàn bùn 100%. Hệ vi sinh vật trong bể Oxic được nuôi cấy bằng chế phẩm men vi sinh hoặc từ bùn hoạt tính. Thời gian nuôi cấy một hệ vi sinh vật hiếu khí từ 45 đến 60 ngày. Oxy cấp vào bể bằng máy thổi khí đặt cạn hoặc máy sục khí đặt chìm.

Sơ đồ công nghệ AAO kết hợp MBR

5. Ứng dụng công nghệ AAO

Công nghệ AAO được ứng dụng xử lý các loại hình nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao như: nước thải sinh hoạt, nước thải bệnh viện, nước thải ngành chế biến thủy hải sản, nước thải ngành sản xuất bánh kẹo - thực phẩm...

Công nghệ xử lý nước thải AAO thường được kết hợp với công nghệ xử lý nước thải MBBR và công nghệ xử lý nước thải MBR để gia tăng hiệu quả xử lý.

Bệnh viện Chợ Rẫy là bệnh viện đầu tiên thí điểm hệ thống xử lý nước thải theo công nghệ này. Công trình sử dụng công nghệ AAO của Nhật Bản, kết hợp nhiều quá trình xử lý các chất ô nhiễm hữu cơ bằng vi sinh, đảm bảo xử lý được triệt để theo tiêu chuẩn cao nhất đối với nước thải bệnh viện, chi phí vận hành thấp và ổn định, trình độ tự động hóa cao…

Nguồn Viện Khoa học và Kỹ thuật Môi Trường

Phòng Dự án: 0988387885