Công nghệ xử lý sinh học AAO trong xử lí nước

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 VSV khác nhau: hệ vi sinh vật kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí để xử lý nước thải sinh hoạt. Công nghệ AAO với sợi vật liệu đệm là quá trình mang bản chất sinh trưởng bám dính bao gồm các giai đoạn kỵ khí (Anaerobic) nối tiếp thiếu khí (Anoxic) và hiếu khí (Oxic). Đây là quá trình khác biệt so với quá trình AAO với hệ bùn hoạt tính truyền thống, đó là sinh khối phát triển và dính bám vào bề mặt chất mang. 

1.Quá trình xử lý Anaerobic (Xử lý sinh học kị 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 kị khí được thể hiện bằng các phương trình sau:

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

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

Trong đó: 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.

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.

>>> Xem thêm: Xử lý nước bị nhiễm phèn như thế nào?

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

a.Quá trình khử nitơ

Bể anoxic là bể quan trọng trong quá trình xử lý nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học. Công nghệ khử nitơ trong nước thải bằng phương pháp sinh học phổ biến nhất hiện nay là: Nitrat hóa và khử Nitrat.

 Nitrat hóa

Nitrat hoá là một quá trình tự dưỡng (năng lượng cho sự phát triển của vi khuẩn được lấy từ các hợp chất ôxy hoá của Nitơ, chủ yếu là Amôni. Quá trình Nitrat hoá từ Nitơ Amôni được chia làm hai bước và có liên quan tới hai loại vi sinh vật , đó là vi khuẩn Nitrosomonas và Vi khuẩn Nitrobacter. Ở giai đoạn đầu tiên amôni được chuyển thành nitrit và ở bước thứ hai nitrit được chuyển thành nitrat:

Bước 1. NH₄– + 1,5 O₂ –> NO₂– + 2H+ + H₂O
Bước 2. NO₂^– + 0,5 O₂ –> NO₃^–

Các vi khuẩn Nitrosomonas và Vi khuẩn Nitrobacter sử dụng năng lượng lấy từ các phản ứng trên để tự duy trì hoạt động sống và tổng hợp sinh khối. Có thể tổng hợp quá trình bằng phương trình sau :

NH₄⁺ + 2 O₂ –> NO₃^– + 2H⁺ + H₂O (*)

Cùng với quá trình thu năng lượng, một số iôn Amôni được đồng hoá vận chuyển vào trong các mô tế bào. Quá trình tổng hợp sinh khối có thể biểu diễn bằng phương trình sau:

4CO₂ + HCO₃^– + NH₄⁺ + H₂O –> C₅H₇NO₂ + 5O₂

C₅H₇NO₂ tạo thành sinh khối. Toàn bộ quá trình ôxy hoá và phản ứng tổng hợp được thể hiện qua phản ứng sau :

NH₄⁺ + 1,83O₂ + 1,98 HCO₃^– –> 0,021 C₅H₇NO₂ + 0,98 NO₃^–  +  1,041  H₂O + 1,88 H₂CO₃

Khử nitrit và nitrat:

Trong môi trường thiếu ôxy,các loại vi khuẩn khử nitrit và nitrat – Denitrificans (dạng kị khí tuỳ tiện) sẽ tách ôxy của nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-) để ôxy hoá chất hữu cơ. Nitơ phân tử N2 tạo thành trong quá trình này sẽ thoát ra khỏi nước.

+ Khử nitrat : NO₃^– + 1,08 CH₃OH + H⁺ –> 0,065 C₅H₇NO₂ + 0,47 N₂ + 0,76 CO₂ + 2,44 H₂O

+ Khử nitrit : NO₂^– + 0,67 CH₃OH + H+ –> 0,04 C₅H₇NO₂ + 0,48 N₂ + 0,47 CO₂ + 1,7 H₂O

Như vậy để khử nitơ công trình xử lý nước thải cần :

• Điều kiện yếm khí ( thiếu ôxy tự do )
• Có nitrat (NO3- ) hoặc nitrit (NO2-)
• Có vi khuẩn kị khí tuỳ tiện khử nitrat;
• Có nguồn cácbon hữu cơ
• Nhiệt độ nước thải không thấp.

b.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.

Các vị trí của bể anoxic trong quy trình công nghệ như sau:

Vị trí bể anoxic trước bể aerotank (phổ biến nhất)

Bể anoxic đặt trước bể vi sinh hiếu khí có các ưu điểm như:

+ Không cần bổ sung nguồn chất hữu cơ,

+ Dễ kiểm soát DO <1 mg/l.

Nhược điểm của đặt bể anoxic trước bể aerotank là:

+ Hàm lượng nitơ đầu vào thấp,

+ Cần phải hồi lưu nước thải từ bể aerotank về bể anoxic.

Vị trí sau bể aerotank

Công nghệ đặt bể anoxic sau bể aerotank có ưu điểm:

+ Không cần hồi lưu nước từ bể aerotank về bể anoxic,

+ Nước tự chảy.

Nhược điểm của cách bố trí này là:

+ Phải bổ sung chất hữu cơ vào bể anoxic,

+ Phải có công đoạn sục khí sau bể anoxic để loại bỏ khí nitơ (nếu không có công đoạn này bùn sẽ nổi ở bể lắng).

3.Quá trình Oxic (Xử lý sinh học hiếu khí)

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

(a) Quá trình Oxy hóa và phân hủy chất hữu cơ:

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

(b) Quá trình tổng hợp tế bào mới:

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

(c) 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.

* Ưu điểm:

• Chí phí đầu tư thấp, chi phí của hệ thống bao gồm chi phí xây dựng, chi phí thiết bị chính như Máy thổi khí, máy khuấy chìm, bơm…,
• Phát sinh ít bùn thải hơn so với các công nghệ sinh học hiếu khí khác
• Chất lượng nước đạt tiêu chuẩn A hoặc B, tùy vào mục tiêu thiết kế
• Tiêu thụ ít năng lượng

* Nhược điểm:

• Chất lượng nước đầu ra phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: hiệu quả xử lý của vi sinh, khả năng lắng của bùn hoạt tính, nhiệt độ, pH, nồng độ bùn MLSS, tải trọng đầu vào.
• Diện tích xây dựng hệ thống phải đủ lớn
• Công nghệ AAO yêu cầu đảm bảo duy trì nồng độ bùn vào khoảng từ 3 – 5 g/l. Nếu nồng độ bùn quá cao dẫn đến bùn khó lắng và bị trôi ra ngoài. Nếu nồng độ bùn thấp, khả năng xử lý của bùn không cao dẫn đến quá tải bùn chết và bị trôi ra ngoài.
• Bắt buộc phải khử trùng nước đầu ra