XỬ LÝ NƯỚC THẢI BẰNG CÔNG NGHỆ AAO

    Tư vấn xây dựng hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ AAO


    AAO là viết tắt củaAnaerobic (kỵ khí) – Anoxic (yếm khí) – Oxic (hiếu khí). Công nghệ xử lý AAO là quá trình xử lý sinh học liên tục sử dụng các hệ vi sinh vật kị khí, yếm khí và hiếu khí để phân hủy các chất ô nhiễm trong nước thải. Dưới tác dụng phân giải các chất ô nhiễm của hệ vi sinh vật mà chất ô nhiễm được xử lý trước khi thải ra môi trường.

    1. Nguyên lý xử lý 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…

    2. Sơ đồ quy trình công nghệ




    Công nghệ AAO bao gồm 3 quá trình:

    Quá trình Anaerobic (Quá trình 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. 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.

    Quá trình phân hủy chất hữu cơ của hệ vi sinh vật kỵ khí 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)
    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 (thủy phân), tạo các axit, tạo methane, xảy ra đồng thời trong quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ.
    
     Thủy phân: Dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và các chất không tan (polysaccharides, protein, lipid) chuyển hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (đường, các amino acid, acid béo).
Quá trình này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất. Chất béo thủy phân rất chậm.
    
     Acid hóa: Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới.

     Methane hóa (methanogenesis): Acetic, H2, CO2, acid fomic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới.

    Quá trình Anoxic (Thiếu khí)


    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 khử Nitrat
     Khử nitrate, bước thứ hai theo sau quá trình nitrate hóa, là quá trình khử nitrat-nitrogen thành khí nitơ, nito oxitN2Ohay NO  được thực hiện trong môi trường thiếu khí (Anoxic) và đòi hỏi một chất cho electron là chất hữu cơ hoặc vô cơ.
   
    Hai con đường khử nitrate có thể xảy ra trong hệ thống sinh học đó là:
      Đồng hóa: Quá trình khử nitrat thành amoniac NH4+ sử dụng cho tổng hợp tế bào. Nó xảy ra khi amoniac không có sẵn, độc lập với sự ức chế của oxy.
    
      Dị hóa (hay khử nitrate): Khử nitrat bằng con đường dị hóa liên quan đến sự khử nitrat thành nitrit, oxit nito và khí nitơ: NO3- => NO2- =>NO(g)=> N2O (g) => N2(g)

    Hầu hết vi khuẩn khử nitrate là dị dưỡng, nghĩa là chúng lấy carbon cho quá trình tổng hợp tế bào từ các hợp chất hữu cơ. Bên cạnh đó, vẫn có một số loài tự dưỡng, chúng nhận carbon cho tổng hợp tế bào từ các hợp chất vô cơ. Ví dụ loài Thiobacillus denitrificans oxy hóa nguyên tố S tạo năng lượng và nhận nguồn carbon tổng hợp tế bào từ  CO2 tan trong nước hay HCO3-

    Phương trình sinh hóa của quá trình khử nitrate sinh học:
    Tùy thuộc vào nước thải chứa carbon và nguồn nitơ sử dụng.

     Phương trình năng lượng sử dụng methanol làm chất nhận electron:
    6 NO3-  +  5 CH3OH  =>  5 CO2   +  3 N2  +  7 H2O  +  6 OH- 
    
    Toàn bộ phản ứng gồm cả tổng hợp sinh khối:
     NO3-  +  1,08 CH3OH   + 0,24 H2CO3  =>  0,056 C5H7O2N  +  0,47 N2  +   1,68 H2O  +   HCO3-   
     O2 + 0,93 CH3OH + 0,056 NO3- => 0,056 C5H7O2N + 0,47 N2 + 1,04 H2O + 0,59 H2CO3 + 0,56 HCO3-  
 
    Phương trình năng lượng sử dụng metanol, amoniac-N làm chất nhận electron:
      NO3-  +  2,5 CH3OH   + 0,5 NH4+  +  0,5 H2CO3  => 0,5 C5H7O2N  +  0,5 N2  +4,5 H2O  +  0,5 HCO3- 

    Phương trình năng lượng sử dụng metan làm chất nhận electron:
      5 CH4  +  8NO3-  => 4 N2  +  5 CO2  +  6 H2O + 8 OH-

    Toàn bộ phản ứng gồm cả tổng hợp sinh khối sử dụng nước thải làm nguồn cacbon, amoniac-N, làm chất nhận electron:
NO3-  +  0,345 C10H19O3N +  H+ +  0,267 NH4+  +  0,267 HCO3- =>  0,612 C5H7O2N + 0,5 N2  +2,3 H2O  +  0,655 CO2   

    Quá trình Oxic (Hiếu khí)

    Quá trình phân hủy hiếu khí dựa vào hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí, chúng sẽ sử dụng oxy hòa tan có trong nước để phân giải chất hữu cơ (chất ô nhiễm cần xử lý). Các vi sinh vật Pseudomonas Denitrificans, Baccillus Licheniforms,… sẽ khử nitrat thành N2 và thải vào không khí. 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 – 40oC.
  
    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 25 – 300C.
   
    Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải gồm 3 giai đoạn sau:
        -   Giai đoạn 1: Oxy hóa chất hữu cơ.
                    CxHyOz  + O2 → CO2 + H2O + ∆H
       -   Giai đoạn 2: Tổng hợp xây dựng tế bào
                    CxHyOz + O2 → tế bào VSV + CO2 + H2O + C5H7NO2 – ∆H
        -   Giai đoạn 3: oxy hóa chất liệu tế bào.
                    C5H7¬NO2 + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH2 ± ∆H’
    

    3. Ứng dụng công nghệ AAO

    Công nghệ AAO được ứng dụng khá phổ biến hiện nay trong việc 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 AAO thường được kết hợp với công nghệ xử lý nước thải MBBR và công nghệ xử lý nước thải MBR tăng hiệu quả xử lý