Logic cốt lõi và ưu điểm/nhược điểm của quá trình khử nitrat AO
Cốt lõi của quá trình khử nitrat AO là hoạt động tuần tự của hai giai đoạn: thiếu khí và hiếu khí. Việc chuyển đổi và loại bỏ nitơ đạt được thông qua hoạt động hiệp đồng của vi sinh vật. Quá trình cụ thể có thể được chia thành ba bước:
Amoni hóa: Ở giai đoạn thiếu khí (Bể A, DO Nhỏ hơn hoặc bằng 0,2 mg/L), vi khuẩn dị dưỡng chuyển đổi nitơ từ các chất ô nhiễm hữu cơ, chẳng hạn như protein và chất béo trong nước thải, thành nitơ amoniac (NH₃-N).
Nitrat hóa: Trong giai đoạn hiếu khí (bể O, DO=2–4 mg/L), vi khuẩn nitrat hóa, khi được cung cấp đủ oxy, sẽ oxy hóa nitơ amoniac thành nitơ nitrat (NO₃⁻) hoặc nitơ nitrit (NO₂⁻).
Khử nitrat: Chất lỏng nitrat hóa từ giai đoạn hiếu khí được đưa trở lại giai đoạn thiếu khí thông qua tuần hoàn bên trong. Vi khuẩn khử nitrat, trong điều kiện thiếu oxy, khử nitơ nitrat thành khí nitơ (N₂), sau đó khí này được giải phóng khỏi nguồn nước thông qua sục khí, hoàn thành vòng khử nitrat. Thiết kế quy trình này mang lại hai lợi ích chính:
Đầu tiên, với bể anoxic đặt trước bể hiếu khí, carbon hữu cơ trong nước thải có thể được sử dụng trực tiếp bởi vi khuẩn khử nitrat, làm giảm cả tải lượng hữu cơ lên bể hiếu khí và chi phí cho các nguồn carbon bên ngoài.
Thứ hai, độ kiềm tạo ra từ quá trình khử nitrat sẽ bù đắp cho độ kiềm tiêu thụ do quá trình nitrat hóa trong bể hiếu khí, giúp duy trì độ pH của hệ thống ổn định.
Tuy nhiên, quá trình AO cũng có nhược điểm đáng kể: hiệu suất loại bỏ nitơ không cao, thường chỉ đạt 70–80%, thấp hơn nhiều so với tỷ lệ loại bỏ chất hữu cơ là 90–95%. Tuy nhiên, đối với hầu hết các dự án xử lý nước thải thông thường, việc kiểm soát các thông số chính có thể cải thiện đáng kể hiệu quả loại bỏ nitơ. Đối với nước thải có hàm lượng nitơ-amoniac-cao, thiết kế dòng AO hai giai đoạn thường là đủ.
Làm thế nào để cải thiện hiệu quả loại bỏ nitơ
MLSS (Nồng độ chất rắn lơ lửng trong rượu hỗn hợp): Nồng độ MLSS ảnh hưởng trực tiếp đến số lượng vi khuẩn nitrat hóa và khử nitrat. Nên duy trì ở mức trên 3.000 mg/L; dưới giá trị này, khả năng loại bỏ nitơ của hệ thống sẽ giảm đáng kể.
Tải lượng bùn (COD/MLSS): Vi khuẩn nitrat hóa là "vi khuẩn phát triển chậm". Nếu lượng chất hữu cơ quá cao, vi khuẩn dị dưỡng sẽ sinh sôi nảy nở nhanh chóng, cạnh tranh oxy và chất dinh dưỡng. Nên kiểm soát tốc độ tải bùn ở mức dưới 0,10–0,15 kgCOD/kgMLSS·d. Điều này có thể đạt được bằng cách tăng nồng độ MLSS hoặc tăng thể tích bể sục khí, giảm tải lượng chất hữu cơ và cung cấp đủ không gian cho vi khuẩn nitrat hóa sinh sôi nảy nở.
Tuổi bùn: Tốc độ tăng trưởng riêng tối thiểu của vi khuẩn nitrat hóa chỉ là 0,21/ngày, thấp hơn nhiều so với tốc độ 1,2/ngày của vi khuẩn dị dưỡng. Để vi khuẩn nitrat hóa trở thành loài chiếm ưu thế thì tuổi bùn phải lớn hơn 4,76 ngày. Tuy nhiên, tuổi bùn của quy trình bùn hoạt tính truyền thống chỉ là 2–4 ngày, đó là lý do cốt lõi khiến quá trình nitrat hóa không thể hoàn thành.
Tải lượng nitơ amoniac: Tải lượng nitơ amoniac (nitơ hữu cơ + nitơ amoniac) cho quá trình nitrat hóa cần được kiểm soát dưới 0,05 gTKN/(gMLSS·d). Tải quá mức sẽ vượt quá khả năng xử lý của vi khuẩn nitrat hóa, dẫn đến sự tích tụ nitơ amoniac và làm gián đoạn quá trình khử nitrat.
Nguồn cacbon ảnh hưởng tới bể sục khí: Nếu nồng độ BOD₅ dòng vào quá cao (vượt quá 80 mg/L), vi khuẩn dị dưỡng sẽ sinh sôi nảy nở, cạnh tranh oxy với vi khuẩn nitrat hóa, do đó ức chế quá trình nitrat hóa. Vì vậy, BOD₅ đưa vào bể nitrat hóa cần được kiểm soát ở mức dưới 80 mg/L.
Tỷ lệ C/N: Để đảm bảo quá trình khử nitrat hoàn toàn, tỷ lệ C/N phải được kiểm soát trong khoảng từ 4 đến 6. Nếu nguồn carbon không đủ, quá trình khử nitrat không thể diễn ra hoàn toàn và nitơ nitrat sẽ vẫn còn, dẫn đến nồng độ nitơ tổng trong nước thải cao.
Nồng độ Nitơ Amoniac có ảnh hưởng: Ảnh hưởng của nồng độ nitơ amoniac đến quá trình nitrat hóa cho thấy xu hướng "tăng rồi giảm". Ở nồng độ thấp, tốc độ phản ứng tăng khi tăng nồng độ. Tuy nhiên, khi nồng độ nitơ amoniac ở đầu trước bể hiếu khí trong nước thải đô thị vượt quá 100 mg/L và trong nước thải công nghiệp vượt quá 150 mg/L, quá trình nitrat hóa sẽ bị ức chế. Đối với nước thải có hàm lượng nitơ-amoniac-cao (chẳng hạn như nước thải nuôi trồng thủy sản và nước rỉ rác từ bãi rác), nồng độ nước thải ban đầu có thể được giảm thông qua việc pha loãng tuần hoàn.
Tỷ lệ tuần hoàn bên trong (Tuần hoàn chất lỏng nitrat hóa): Tỷ lệ tuần hoàn cao hơn dẫn đến tỷ lệ khử nitrat cao hơn nhưng cũng làm tăng chi phí điện. Nó thường được kiểm soát trong khoảng 300–500% và có thể được tinh chỉnh-dựa trên dữ liệu tổng lượng nitơ trong nước thải. Nếu tổng nitơ cao, tỷ lệ tuần hoàn có thể được tăng lên một cách thích hợp. Nếu chi phí vận hành quá cao có thể giảm bớt mà vẫn đạt tiêu chuẩn.
Oxy hòa tan (DO) trong bể nitrat hóa: Vi khuẩn nitrat hóa là "vi khuẩn hiếu khí" và đủ oxy là điều kiện tiên quyết cho quá trình nitrat hóa. Nên duy trì DO từ 2 đến 4 mg/L. Về mặt lý thuyết, để oxy hóa 1 g NH₄⁺ cần 4,57 g oxy. Nếu DO giảm xuống dưới 2 mg/L, phản ứng nitrat hóa sẽ chậm lại đáng kể.
Thời gian lưu thủy lực (HRT): Cần có đủ thời gian lưu để phản ứng diễn ra hoàn toàn. HRT cho quá trình nitrat hóa phải lớn hơn 6 giờ và đối với quá trình khử nitrat phải là 2 giờ với tỷ lệ 3:1. Nếu không, hiệu quả loại bỏ nitơ sẽ giảm nhanh chóng.
pH và độ kiềm: Độ pH tối ưu cho vi khuẩn nitrat hóa là 8,0–8,4 và đối với vi khuẩn khử nitrat là 6,5–7,5. Độ lệch pH từ các phạm vi này sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến hoạt động của vi sinh vật. Hơn nữa, quá trình nitrat hóa hoàn toàn 1 g nitơ amoniac cần 7,1 g kiềm (tính bằng CaCO₃), trong khi độ kiềm tạo ra từ quá trình khử nitrat có thể bù đắp khoảng một nửa. Nếu độ kiềm không đủ thì cần phải bổ sung kịp thời (ví dụ bằng cách thêm natri cacbonat) để ngăn ngừa sự giảm pH và ức chế quá trình nitrat hóa.
Nhiệt độ: Nhiệt độ ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của vi sinh vật. Nhiệt độ tối ưu cho quá trình nitrat hóa là 20–30 độ và gần như dừng ở mức dưới 5 độ. Nhiệt độ tối ưu cho quá trình khử nitrat là 20–40 độ và tốc độ giảm nhanh xuống dưới 15 độ. Trong quá trình vận hành và bảo trì vào mùa đông, tốc độ khử nitrat cần được duy trì bằng cách tăng tuổi bùn, giảm tải và kéo dài thời gian lưu thủy lực.
độ mặn: Độ mặn quá mức làm hỏng màng tế bào vi sinh vật và ảnh hưởng đến việc vận chuyển oxy, do đó ức chế quá trình nitrat hóa. Trong điều kiện bình thường, quá trình nitrat hóa có thể diễn ra bình thường khi nồng độ clo dưới 2.000 mg/L. Nếu dòng chảy vào ổn định, vi khuẩn có khả năng chịu muối-có thể được nuôi cấy để cho phép hoạt động ngay cả ở nồng độ clo là 5.000 mg/L. Lưu ý: Biến động độ mặn nguy hiểm hơn độ mặn cao vì dễ dẫn đến thất thoát bùn.
Các chất độc hại và có hại: Kim loại nặng, phenol, thiourea, amoniac tự do, kháng sinh, v.v., có thể tiêu diệt trực tiếp vi khuẩn nitrat hóa hoặc ức chế hoạt động enzyme của chúng. Khi xử lý nước thải có chứa các chất này, việc xử lý sơ bộ (như đông tụ, lắng, hấp phụ) là rất cần thiết và nghiêm cấm đưa các chất độc hại, có hại vào bể xử lý sinh học.
Bạn có thể duyệt các sản phẩm khác trên trang web của chúng tôi. Vui lòng liên hệ với chúng tôi nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào. Chúng tôi hy vọng thông tin này hữu ích cho việc xử lý nước thải của bạn.