Quy trình A2/O được sử dụng rộng rãi khi nhà máy xử lý nước thải cần loại bỏ cả nitơ và phốt pho về mặt sinh học.
Thoạt nhìn, quá trình này có vẻ đơn giản: nước thải chảy qua vùng kỵ khí, vùng thiếu khí và vùng hiếu khí trước khi đi vào bể lắng thứ cấp.
Tuy nhiên, trên thực tế, đường ống và dòng tái chế giữa các khu vực này là yếu tố giúp cho quá trình này hoạt động.
Các luồng quan trọng không phải tất cả đều làm cùng một việc. Dòng nước chảy vào mang theo chất hữu cơ và chất dinh dưỡng, quá trình tuần hoàn bên trong di chuyển nitrat trở lại vùng anoxic và sục khí cung cấp oxy cho vùng hiếu khí.
Việc hiểu các quy trình này giúp bạn hiểu cách hoạt động của nhà máy A²/O dễ dàng hơn nhiều.
1. Dòng chảy vào: Nơi bắt đầu quá trình
Trong nhà máy A2/O thông thường, lưu lượng nước thải bình thường thường là:
Sàng lọc thô → Sàng lọc mịn → Loại bỏ sạn → Giếng phân phối → Nước thải chính → Bể kỵ khí
Các công trình đầu mối loại bỏ chất rắn lớn và sạn trước khi nước thải bước vào giai đoạn xử lý sinh học.
Giếng phân phối có thể bao gồm van đầu vào, đồng hồ đo lưu lượng và các thiết bị điều khiển khác. Điều này cho phép người vận hành giám sát và điều chỉnh dòng chảy vào quá trình sinh học.
Bể kỵ khí là vùng sinh học đầu tiên trong cách bố trí A2/O thông thường. Điều này rất quan trọng đối với việc loại bỏ phốt pho sinh học vì các sinh vật tích lũy phốt pho (PAO) cần có điều kiện kỵ khí thích hợp để giải phóng phốt pho và hấp thụ cacbon dễ phân hủy sinh học.
Vì lý do này, dòng chảy vào bình thường được dẫn đến vùng kỵ khí hơn là trực tiếp đến vùng thiếu khí hoặc hiếu khí. Mô tả của EPA về quy trình A2/O thông thường cũng cho thấy nước thải đi vào vùng kỵ khí, tiếp theo là vùng thiếu khí và hiếu khí.
Điều này không có nghĩa là mọi nhà máy loại bỏ chất dinh dưỡng đều có cách bố trí thủy lực giống hệt nhau. Các quy trình được sửa đổi có thể sử dụng các cấu hình và luồng tái chế khác nhau. Điểm quan trọng là việc bố trí đường ống cần phải phù hợp với quy trình sinh học đang được sử dụng.
Đường vòng khẩn cấp
Một số nhà máy còn có đường ống nhánh để bảo trì, sửa chữa thiết bị hoặc các tình trạng bất thường khác.
Bỏ qua là một sự sắp xếp khẩn cấp hoặc bảo trì, không phải là một phần của quá trình sinh học thông thường. Việc nước thải có thể được bỏ qua, lưu trữ hay chuyển sang giai đoạn xử lý khác hay không tùy thuộc vào thiết kế nhà máy và yêu cầu xả thải của địa phương.
2. Vùng kỵ khí: Tạo điều kiện thích hợp để loại bỏ phốt pho
Vùng kỵ khí chứa ít hoặc không có oxy hòa tan và nhằm mục đích tạo điều kiện thuận lợi cho PAO giải phóng phốt pho.
Bùn hoạt tính tuần hoàn (RAS) thường được đưa trở lại từ bể lắng thứ cấp đến đầu vùng kỵ khí, nơi nó trộn với nước thải đầu vào.
Ở đây, carbon dễ phân hủy sinh học trong dòng nước chảy vào đặc biệt quan trọng.
PAO sử dụng năng lượng thu được từ polyphosphate nội bào để hấp thụ carbon dễ phân hủy sinh học và lưu trữ dưới dạng hợp chất carbon nội bào. Phốt phát được giải phóng vào chất lỏng trong giai đoạn kỵ khí này.
Sau đó, trong điều kiện hiếu khí-và trong một số hệ thống thiếu oxy-, PAO sẽ hấp thụ lại phốt pho. Khi sinh khối giàu phốt pho-cuối cùng bị lãng phí khỏi hệ thống, phốt pho sẽ rời khỏi quá trình xử lý cùng với bùn hoạt tính thải.
Vì vậy vùng kỵ khí không chỉ đơn giản là một bể không có không khí. Nó là một phần quan trọng của cơ chế-loại bỏ phốt pho sinh học.
3. Vùng anoxic: Nơi diễn ra quá trình khử nitrat
Sau vùng kỵ khí, dung dịch hỗn hợp đi vào vùng thiếu khí.
Vùng anoxic được thiết kế để khử nitrat. Không giống như vùng hiếu khí, nó không được cung cấp không khí sục khí. Thay vào đó, máy trộn thường được sử dụng để giữ hỗn hợp rượu lơ lửng.
Nhưng nitrat đến từ đâu?
Đây là nơi đường tuần hoàn nội bộ trở nên quan trọng.
Một phần hỗn hợp dịch nitrat hóa từ vùng hiếu khí được bơm trở lại vùng anoxic:
Bể hiếu khí → Bơm tuần hoàn bên trong → Bể thiếu khí
Rượu hỗn hợp tái chế có chứa nitrat được tạo ra trong quá trình nitrat hóa.
Trong vùng anoxic, vi sinh vật sử dụng nguồn carbon có khả năng phân hủy sinh học sẵn có để khử nitrat thành khí nitơ.
Trình tự loại bỏ nitơ-cơ bản là:
Amoniac → Nitrat hóa → Nitrat → Tái chế bên trong → Khử nitrat → Khí nitơ
Tái chế nội bộ này là một trong những đặc điểm nổi bật của quy trình A2/O thông thường.
4. Tuần hoàn nội bộ: Nhiều hơn không phải lúc nào cũng tốt hơn
Dòng tái chế bên trong cần phải đủ lớn để đưa đủ nitrat về vùng anoxic, nhưng không có tỷ lệ tái chế duy nhất nào đúng cho mọi nhà máy.
Tùy thuộc vào thiết kế và điều kiện vận hành, tốc độ tái chế bên trong có thể nằm trong khoảng từ một đến vài lần dòng chảy vào.
Ví dụ,100%–400% dòng chảy vàocó thể gặp phải trong thực tế, nhưng điểm vận hành thực tế phải được xác định từ các yêu cầu quy trình của nhà máy chứ không phải từ một quy tắc cố định.
Các yếu tố quan trọng bao gồm:
Tải lượng nitơ ảnh hưởng
Tính sẵn có của COD có khả năng phân hủy sinh học
Nồng độ nitrat
TN nước thải yêu cầu
Thể tích vùng thiếu khí-
Vận chuyển oxy hòa tan
Năng lượng bơm
Hiệu suất loại bỏ phốt pho sinh học-
Tăng tỷ lệ tái chế không có nghĩa là loại bỏ nitơ tốt hơn. Một khi quy trình đã vận chuyển đủ nitrat đến vùng anoxic, việc bơm bổ sung có thể mang lại rất ít lợi ích trong khi lại tăng mức tiêu thụ năng lượng.
Do đó, việc tái chế nên được điều chỉnh dựa trên hiệu suất thực tế của nhà máy.
5. Vùng hiếu khí: Quá trình nitrat hóa và hấp thu phốt pho
Rượu hỗn hợp sau đó đi vào vùng hiếu khí.
Đây là nơi cung cấp oxy để hỗ trợ các phản ứng sinh học như:
Nitrat hóa
Quá trình oxy hóa chất hữu cơ
Hấp thụ phốt pho hiếu khí
Hệ thống sục khí thường bao gồm:
Máy thổi khí → Đầu dẫn khí chính → Đường ống khí nhánh → Thiết bị sục khí
Máy khuếch tán bong bóng mịn-thường được sử dụng, mặc dù các hệ thống sục khí khác cũng có thể sử dụng được.
Luồng không khí đến các bể hoặc ngăn riêng lẻ có thể được điều chỉnh để duy trì nồng độ oxy hòa tan (DO) cần thiết.
Quá ít oxy có thể hạn chế quá trình nitrat hóa. Tuy nhiên, quá nhiều sục khí không nhất thiết có lợi. Sục khí quá mức có thể làm tăng mức tiêu thụ năng lượng và có thể ảnh hưởng đến hiệu suất loại bỏ phốt pho sinh học-trong các điều kiện vận hành nhất định. Nghiên cứu về hệ thống A2/O cũng cho thấy khả năng loại bỏ phốt pho sinh học bị suy giảm trong điều kiện sục khí quá mức.
Do đó, mục tiêu không chỉ đơn giản là cung cấp càng nhiều không khí càng tốt. Mục đích là cung cấp đủ oxy cho các phản ứng sinh học cần thiết đồng thời duy trì các điều kiện thích hợp trong suốt quá trình.
6. Từ bể hiếu khí đến bể lắng thứ cấp
Sau khi xử lý sinh học, hỗn hợp rượu chảy sang bể lắng thứ cấp.
Một sự sắp xếp điển hình là:
Bể hiếu khí → Kênh nước thải → Bể lắng thứ cấp
Khi đặc điểm thủy lực của nhà máy cho phép, dòng chảy này có thể được điều khiển bằng trọng lực thay vì bằng bơm chuyển.
Chất làm sạch thứ cấp tách các chất rắn sinh học khỏi nước đã xử lý.
Bùn lắng sau đó được chia thành hai dòng quan trọng:
Bùn hoạt tính hồi lưu (RAS)→ quay trở lại quá trình sinh học
Bùn hoạt tính thải (WAS)→ xóa khỏi hệ thống
Nước đã được làm rõ tiếp tục được xử lý hoặc xả ở hạ lưu.
7. Quy trình A²/O thực sự là một hệ thống gồm nhiều quy trình khác nhau
Chỉ nhìn vào các bể chứa có thể khiến nhà máy A2/O có vẻ đơn giản.
Nhưng quá trình sinh học phụ thuộc vào một số dòng hoạt động cùng nhau:
Ảnh hưởng:đưa nước thải và carbon có khả năng phân hủy sinh học vào hệ thống.
RAS:trả lại bùn hoạt tính và PAO cho quá trình sinh học.
Tái chế nội bộ:đưa dung dịch hỗn hợp giàu nitrat-về vùng anoxic.
Sục khí không khí:cung cấp oxy cho vùng hiếu khí.
ĐÃ TỪNG LÀ:loại bỏ sinh khối dư thừa và chất rắn giàu phốt pho-.
Mỗi luồng có một mục đích khác nhau.
Đó là lý do tại sao việc vận hành A2/O không chỉ đơn giản là duy trì thể tích bình chứa phù hợp. Các kết nối thủy lực, tốc độ tái chế, cung cấp oxy và thải bùn đều phải phối hợp với nhau.
Trong xử lý nước thải, đường ống là một phần của quá trình. Nó xác định nơi carbon, nitrat, sinh khối và oxy đi đến-và điều đó cuối cùng ảnh hưởng đến việc loại bỏ nitơ và phốt pho.