Mục tiêu loại bỏ bổ sung
Quá trình kỵ khí:
Chịu trách nhiệm chính trong việc loại bỏ hiệu quả nồng độ cao chất hữu cơ hòa tan (BOD₅/COD) và chuyển nó thành khí sinh học (nguồn năng lượng tái tạo), đồng thời giảm đáng kể tải lượng hữu cơ cho các đơn vị xử lý hiếu khí tiếp theo. Quá trình kỵ khí có khả năng loại bỏ nitơ và phốt pho hạn chế và có thể tạo ra một lượng nhỏ bùn dư.
Quá trình hiếu khí:
Chịu trách nhiệm chính trong việc loại bỏ sâu các chất hữu cơ còn sót lại (đặc biệt là chất hữu cơ chịu lửa), loại bỏ hiệu quả nitơ amoniac (nitrat hóa), loại bỏ phốt pho (loại bỏ phốt pho sinh học) và giảm thêm chất rắn lơ lửng (SS) và mùi hôi, đồng thời khoáng hóa hiệu quả chất hữu cơ. Lượng bùn thải ra tương đối cao.
Nguyên tắc phù hợp:
Quá trình kỵ khí, với vai trò là đơn vị tiền xử lý, chịu phần lớn tải lượng loại bỏ COD/BOD, trong khi quy trình hiếu khí, với tư cách là đơn vị đánh bóng, loại bỏ các chất ô nhiễm còn sót lại (đặc biệt là nitơ và phốt pho) để đảm bảo tuân thủ các tiêu chuẩn xả thải. Giai đoạn kỵ khí giảm tải vào giai đoạn hiếu khí, cải thiện tính ổn định và hiệu quả tổng thể.
Thích ứng phạm vi tải bổ sung
Quá trình kỵ khí:
Đặc biệt thích hợp để xử lý nước thải hữu cơ có nồng độ-cao (COD > 1500 mg/L trở lên). Nó mang lại hiệu quả cao và tiêu thụ năng lượng thấp trong điều kiện tải hữu cơ cao và tạo ra khí sinh học. Tuy nhiên, phương pháp này kém hiệu quả hơn đối với nước thải có-nồng độ thấp, khởi động tương đối chậm- và nhạy cảm hơn với các chất độc hại.
Quá trình hiếu khí:
Phù hợp nhất cho nước thải hữu cơ có nồng độ- trung bình đến{1}}thấp (COD < 1000 mg/L). Nó có khả năng thích ứng mạnh mẽ, khởi động-nhanh và khả năng chịu đựng va đập thủy lực và hữu cơ tương đối tốt (thông qua kiểm soát sục khí). Tuy nhiên, nó có mức tiêu thụ năng lượng cao do yêu cầu sục khí, tạo ra lượng bùn lớn và dễ bị đóng cặn khi xử lý nước thải có nồng độ-cao.
Nguyên tắc phù hợp:
Nước thải có nồng độ-cao trước tiên được xử lý trong thiết bị kỵ khí để giảm tải và thu hồi năng lượng. Nước thải kỵ khí có nồng độ hữu cơ thấp hơn sẽ được đưa vào thiết bị hiếu khí để xử lý tiếp. Sự kết hợp này tận dụng tối đa phạm vi hoạt động tối ưu của từng quy trình và tránh tắc nghẽn về hiệu quả của một quy trình duy nhất xử lý nhiều loại tải.
Loại bỏ chất dinh dưỡng tổng hợp
Loại bỏ phốt pho:
Cấu hình tối ưu thường là kỵ khí (giải phóng phốt pho) → hiếu khí (hấp thụ phốt pho), như trong các quy trình A/O hoặc A2/O. Điều kiện kỵ khí thúc đẩy sự giải phóng phốt pho bởi các sinh vật tích lũy polyphosphate (PAO), trong khi điều kiện hiếu khí cho phép hấp thụ phốt pho quá mức, sau đó được loại bỏ thông qua việc xả bùn giàu phốt pho-.
Loại bỏ nitơ:
Loại bỏ nitơ hiệu quả đòi hỏi sự kết hợp của quá trình nitrat hóa hiếu khí (NH₄⁺ → NO₃⁻) và khử nitrat anoxic (NO₃⁻ → N₂). Khi nước thải kỵ khí có tỷ lệ C/N thấp đi vào thiết bị kỵ khí hoặc hiếu khí, có thể cần một nguồn carbon bổ sung, được cung cấp thông qua tuần hoàn bên trong hoặc định lượng bên ngoài, để hỗ trợ quá trình khử nitrat.
Tiêu thụ năng lượng tổng hợp và phục hồi tài nguyên
Quá trình kỵ khí:
Ưu điểm chính là thu hồi năng lượng thông qua sản xuất khí sinh học, với mức tiêu thụ năng lượng vận hành cực kỳ thấp do không cần sục khí. Điều này làm cho quá trình xử lý kỵ khí trở thành một trung tâm năng lượng tiềm năng cho các nhà máy xử lý nước thải.
Quá trình hiếu khí:
Sục khí là nguồn tiêu thụ năng lượng chính, thường chiếm 50–70% tổng mức tiêu thụ năng lượng của nhà máy.
Nguyên tắc phù hợp:
Khí sinh học được tạo ra ở giai đoạn kỵ khí có thể được thu hồi và sử dụng để phát điện và sưởi ấm, bù đắp một phần hoặc thậm chí hoàn toàn mức tiêu thụ năng lượng cao ở giai đoạn hiếu khí.
Các phương pháp kỹ thuật chính để kết hợp tối ưu
Chế độ chính: Kỵ khí → Hiếu khí (AO)
Cấu hình phổ biến và hiệu quả nhất, phù hợp với nước thải trong đó việc loại bỏ chất hữu cơ là mục tiêu chính, loại bỏ một phần nitơ và phốt pho (ví dụ: nước thải công nghiệp và nước thải đô thị có nồng độ-cao).
Tăng cường loại bỏ Nitơ và Phốt pho: Kỵ khí → Thiếu khí → Hiếu khí (A2/O và các biến thể)
Một vùng anoxic được thêm vào để loại bỏ nitơ và phốt pho đồng thời và hiệu quả. Vùng kỵ khí chủ yếu tạo điều kiện thuận lợi cho việc giải phóng phốt pho và quá trình thủy phân-axit hóa ban đầu.
Nước thải phức tạp:
Tiền xử lý → Kỵ khí → Hiếu khí → Xử lý nâng cao
Đối với nước thải chứa các chất chịu lửa hoặc chất độc hại, có thể cần phải xử lý trước (ví dụ: đông tụ-lắng hoặc thủy phân-axit hóa) và xử lý hậu-nâng cao (ví dụ: oxy hóa bằng ozone, hấp phụ bằng than hoạt tính hoặc lọc qua màng).
Xử lý bùn:
Bùn hiếu khí dư thừa → Phân hủy kỵ khí
Quá trình phân hủy kỵ khí ổn định lượng bùn dư thừa, giảm thể tích bùn và thu hồi thêm khí sinh học.
Kiểm soát phân bổ tải và thời gian lưu thủy lực (HRT)
Phân phối tải hữu cơ:
Most biodegradable COD (typically >70%) cần được loại bỏ ở giai đoạn kỵ khí. Điều này đòi hỏi thiết kế phù hợp của bể phản ứng kỵ khí HRT dựa trên nồng độ nước thải đầu vào và đặc tính nước thải.
Kết hợp HRT:
HRT kỵ khí thường dài hơn (vài giờ đến vài ngày), trong khi HRT hiếu khí ngắn hơn (vài giờ). Phải cung cấp thời gian lưu thích hợp cho quá trình thủy phân, axit hóa và tạo metan trong xử lý kỵ khí, cũng như cho quá trình nitrat hóa và khoáng hóa trong xử lý hiếu khí.
Tối ưu hóa tham số
Tuần hoàn bùn:
Bùn được tuần hoàn từ vùng hiếu khí đến vùng thiếu khí hoặc kỵ khí để duy trì nồng độ chất rắn lơ lửng hỗn hợp (MLSS) thích hợp.
Tuần hoàn rượu nitrat hóa:
Trong A²/O và các quy trình tương tự, dung dịch nitrat hóa giàu NO₃⁻ được tuần hoàn từ vùng hiếu khí đến vùng anoxic để hỗ trợ quá trình khử nitrat. Tỷ lệ tuần hoàn là một thông số vận hành quan trọng.
Tuần hoàn nước thải kỵ khí (Tùy chọn):
Đôi khi được áp dụng để điều chỉnh nồng độ, độ kiềm hoặc độ pH của nước thải.
Kiểm soát độ pH:
Các quá trình kỵ khí rất nhạy cảm với độ pH, với phạm vi tối ưu là 6,8–7,2 và cần được theo dõi và điều chỉnh cẩn thận (ví dụ: bổ sung độ kiềm). Các quá trình hiếu khí hoạt động trong phạm vi pH rộng hơn (6,5–8,5), nhưng quá trình nitrat hóa tiêu tốn độ kiềm và có thể làm giảm độ pH.
Kiểm soát oxy hòa tan (DO):
Kiểm soát DO chính xác trong vùng hiếu khí (thường là 1,5–3,0 mg/L) đảm bảo đủ oxy cho quá trình oxy hóa hữu cơ và nitrat hóa đồng thời tránh sục khí quá mức, có thể ức chế quá trình khử nitrat và lãng phí năng lượng.