Xử lý nước thải sinh hoạt bằng công nghệ AAO được ứng dụng nhằm xử lý các nguồn nước thải ít ô nhiễm. Hiện nay công nghệ AAO không được sử dụng nhiều do khả năng xử lý của hệ thống yếu và cần rất nhiều diện tích xây dựng hệ thống, với những nhược điểm như vậy nên hiện nay các công nghệ khác ra đời nhằm thay thế cho công nghệ AAO giúp chủ đầu tư tiết kiệm diện tích xây dựng, chất lượng nước sau xử lý đạt cột A QC 14: 2008 BTNMT.

Giới thiệu nguyên lý hoạt động của công nghệ AAO.

Nước thải được thu gom vào bể gom hoặc bể điều hòa, trong các bể này sẽ được bố trí song chắn rác để loại bỏ các loại rác thải có trong nước, khi được tập trung ở bể điều hòa do được lưu lâu sẽ gây mùi nên dưới đáy bể điều hòa sẽ được lắp đặt hệ thống phân phối khí giúp hòa trộn đồng đều các chất ô nhiễm, mặt khác sẽ làm giảm mùi phát sinh do nước thải gây ra.

Nước thải sẽ được máy bơm chìm đưa nước với lưu lượng ổn định vào bể kỵ khí các vi sinh vật kỵ khí sẽ chuyển hóa các chất hữu cơ thành năng lượng. Nước sau khi đi qua bể kỵ khí sẽ được dẫn sang bể thiếu khí ở bể này các vi sinh vật xử lý chủ đạo các chất ô nhiễm như N và P.

Nước sau đó sẽ được đưa qua quá trình hiếu khí sẽ có tác dụng ô xy hóa các hợp chất hữu cơ có trong nước thải

Bể lắng là công đoạn sau cùng chúng có tác dụng lắng các bông cặn có kích thước lớn trước khi thải ra ngoài môi trường, lượng bùn được lắng dưới đáy bể sẽ được máy bơm bùn bơm quay hồi về bể kỵ khí để làm thức ăn cho các loại vi sinh vật.

Ưu điểm hệ thống xử lý AAO.

1. Tiêu thụ ít nhiên liệu.
2. Chất lượng nước đạt cột B hoặc A tùy theo diện tích xây dựng.

Nhược điểm của hệ thống AAO.

1. Khả năng xử lý của hệ thống phụ thuộc rất lớn vào diện tích xây dựng, các hệ thống thông thường cần 10m2 để xử lý thì công nghệ AAO cần đến 15m2 để xử lý. Chính vì vậy giá thành xây dựng hệ thống sẽ cao hơn các công nghệ khác.
2. Chất lượng nước đầu ra không ổn định.
3. Khả năng xử lý của hệ thống phụ thuộc lớn vào người vận hàng. Với công nghệ AAO luôn cần người vận hành có chuyên môn.
4. Khả năng xử lý các chất ô nhiễm như COD, NH4 không ổn định, gặp những nguồn thải có độ ô nhiễm cao diện tích xây dựng hệ thống phải tăng đáng kể.
5. Chất lượng nước thải thay đổi theo mùa.

Đánh giá hệ thống AAO.

 Từ những ưu và nhược điểm ở trên ta thấy hệ thống AAO có mức đầu tư ban đầu và diện tích xây dựng hệ thống lớn hơn các công nghệ khác, mà chất lượng nước không ổn định theo mùa. Nếu chất lượng nước sau xử lý cần đạt cột A theo QC 14: 2008 thì việc lựa chọn công nghệ AAO là không được hợp lý.

Giới thiệu công nghệ AAO.

Công nghệ A/A/O là viết tắt của cum từ Anerobic (kỵ khí) – Anoxic (thiếu khí) – Oxic (hiếu khí). Công nghệ AAO là quá trình xử lý sinh học liên tục, kết hợp 3 hệ vi sinh: kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí để xử lý nước thải. Dưới tác dụng phân hủy chất ô nhiễm của vi sinh vật, nước thải sẽ được xử lý trước khi thải ra môi trường.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA CÔNG NGHỆ AAO.

Bể điều hòa.

Bể điều hòa sẽ thu gom các nguồn nước thải vào hệ thống xử lý.

Bể điều hòa là đơn vị xử lý được đặt phía sau song chắn rác, bể điều hòa có các chức năng chính sau:

1. Ổn định lưu lượng nước cấp vào một cách đột ngột gây quá tải.
2. Là đơn vị xử lý đầu tiên giúp chuyển hóa một phần COD thành BOD ( Tuy không nhiều ).
3. Hòa trộn đồng đều các chất gây ô nhiễm của các dòng thải khác nhau.

Để tránh trường hợp nước cấp vào đột ngột gây quá tải cho hệ thống xử lý, bể điều hòa sẽ được thiết kế với dung tích đủ lớn ( Thời gian lưu từ 4 – 6h ) giúp lượng nước thải tràn về ồ ạt không gây quá tải cho hệ thống xử lý.

Ở bể điều hòa sẽ được lắp đặt hệ thống phân phối khí giúp cho lượng nước thải trong bể luôn chuyển động sẽ làm loại bỏ mùi hôi khó chịu do nước thải gây ra. Quá trình nước lưu trữ ở bể điều hòa được tính bằng nhiều giờ chính vì vậy ở đây sẽ được tập kết một lượng vi sinh vật hòa trộn trong bùn, tuy không cao nhưng cũng có khả năng xử lý được phần nào chất ô nhiễm để giảm tải cho các đơn vị phía sau.

Bể điều hòa với đặc thù là bể có khả năng chứa lớn, hàm lượng ô xy cung cấp nhiều giúp hòa trộn các dòng thải với nhau đồng đều để ổn định mức độ ô nhiễm trong dòng thải giúp hệ thống xử lý phía sau hoạt động ổn định hơn.

 

Quá trình xử lý Anaerobic (Xử lý sinh học kị khí)

Trong 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:

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

Chất hữu cơ + VK kỵ khí + năng lượng → C5H7O2N.

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.

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

Tại bể anoxic diễn ra quá trình nitrat hóa và Photphorit để xử lý N, P

• Quá trình Nitrat hóa xảy ra như sau:

Hai chủng loại vi khuẩn chính tham gia vào quá trình này là Nitrosonas và Nitrobacter. Trong môi trường thiếu oxy, các loại vi khuẩn này sẻ khử Nitrat (NO3-) và Nitrit (NO2-) theo chuỗi chuyển hóa:

NO3- → NO2- → N2O → N2↑

Khí nitơ phân tử N2 tạo thành sẽ thoát khỏi nước và ra ngoài. Như vậy là nitơ đã được xử lý.

• 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.

Để quá trình Nitrat hóa và Photphoril hóa diễn ra thuận lợi, tại bể Anoxic bố trí máy khuấy chìm với tốc độ khuấy phù hợp. Máy khuấy có chức năng khuấy trộn dòng nước tạo ra môi trường thiếu oxy cho hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển. Ngoài ra, để tăng hiệu quả xử lý và làm nơi trú ngụ cho hệ vi sinh vật thiếu khí, tại bể Anoxic lắp đặt thêm hệ thống đệm sinh học được chế tạo từ nhựa PVC, với bề mặt hoạt động 230 ÷ 250 m2/m3. Hệ vi sinh vật thiếu khí bám dính vào bề mặt vật liệu đệm sinh học để sinh trưởng và phát triển.

Quá trình Oxic.

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

Quá trình Oxy hóa và phân hủy chất hữu cơ:

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

Quá trình tổng hợp tế bào mới:

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

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.

Bể lắng:

Bể lắng là đơn vị xử lý nhằm loại bỏ các tạp chất thô, có kích thước lớn khỏi nguồn nước. Quá trình lắng diễn ra dưới tác dụng của trọng lực tự nhiên, các bông cặn có kích thước lớn hơn vận tốc dòng chuyển động sẽ chìm dần xuống đáy bể lắng.

Bể lắng đứng hiện nay được ứng dụng phổ biến nhất bởi chúng có khả năng lắng cực tốt, công tác thu gom bùn dễ dàng, không tốn nhiều diện tích xây dựng.

Bể lắng đứng thường được xây dựng bằng 2 dạng chính là bể tròn hoặc bể vuông. Trong hai loại thì bể lắng đứng hình tròn là được đánh giá cao hơn hẳn vì khả năng thu nước đồng đều và khả năng thu bùn cũng dễ dàng hơn.

Bể lắng đứng được xây dựng với một chiều cao tối ưu từ 4 – 6m, dưới đáy được tạo góc côn thu nhằm thu gom lượng bùn lắng về một điểm dễ dàng hút bỏ.

Bể lắng đứng được thiết kế gồm 8 phần chính:

– Phần đường ống thu gom nước: Đây là phần đường ống được thu gom sau hệ thống làm thoáng hoặc sau công đoạn trộn hóa chất.

Đoạn đường ống này được tính toán phù hợp với lưu lượng dòng chảy, không được lớn quá vì lớn quá sẽ làm giảm sự va đập của các bông cặn khi đi qua ống, cũng không được quá nhỏ, vì nhỏ quá sẽ gây ra hiện tượng thoát không kịp làm tràn bể cấp vào.

Khi tính toán đường cấp vào cần tính được lượng chênh lệch áp xuất giữa bể phản ứng và bể lắng để đưa ra thông số ống chính xác. VD: Khi tính toán đường ống phải lưu ý các thông số sau ( Lưu lượng chảy, áp xuất chênh lệch, hàm lượng cặn, nhiệt độ chất lỏng…)

– Phần ống lắng trung tâm là một đường ống được dẫn từ trên thành bể xuống gần đáy bể lắng, tác dụng chính của ống lắng trung tâm là làm lượng nước cấp vào bắt buộc phải đi xuống đáy bể lắng. Đường ống lắng trung tâm còn có tác dụng ổn định dòng nước, không gây ra các đợt sóng lớn do lượng nước mới được cấp vào.

Ống lắng trung tâm được tính toán dựa trên lưu lượng dòng chảy, nhưng nhìn chung ống lắng trung tâm sẽ bằng 15 – 25% diện tích bể. Ví dụ: Bể 1m2 sẽ sửu dụng ống D150 – 250mm. ( Chỉ là số liệu tham khảo theo kinh nghiệm, còn các bạn lên tính toán một cách cẩn thận).

– Phần phân phối hay còn gọi là nón lắng. Là một thiết bị có đường kính lớn hơn ống lắng trung tâm, đặt cách ống lắng trung tâm khoảng 50 – 80Cm.

Mục đích là để phân tán đều dòng nước ra toàn bộ diện tích bể. Nếu không có nón lắng, toàn bộ lực nước rơi tự do từ trên xuống sẽ đi thẳng xuống đáy bể và làm sới tung hết lượng bùn cặn đã lắng ở dưới đáy bể lên. Hiệu quả của bể lắng bị giảm đi đáng kể.

– Phần lắng, hay còn gọi là phần diện tích lắng. Phần diện tích lắng được thiết kế với thời gian đủ lâu để các hạt bông cặn có khả năng chìm xuống đáy bể.

Phần diện tích lắng được tính bằng giờ, tùy từng loại nước lên thời gian lắng sẽ khác nhau. Ví dụ: ( Nước có hóa chất thời gian lưu 4 – 6 giờ, Nước không hóa chất: 12 – 48h )

Hiện nay các hệ thống xử lý nước đều lựa chọn cung cấp hóa chất để giảm bớt giá thành và diện tích xây dựng bể lắng.

Thời gian lắng đủ lâu lượng cặn chìm xuống đạt 95 – 98% lên nước sau lắng sẽ trong, chỉ còn lại 1 ít hạt cặn có kích thước rất nhỏ, tỉ trọng nhỏ bằng hoặc lớn hơn chút xíu sẽ đi theo dòng nước và chảy ra ngoài.

– Phần thu bùn hay gọi là phần côn đáy: Côn đáy bể có tác dụng sử dụng trọng lực lớn của các hạt chìm xuống đáy bể, nếu không có phần côn đáy này lượng bùn chìm xuống đáy bể sẽ bị dàn chải, không tập trung vào 1 điểm chính.

Vì vậy khả năng xả bỏ bùn thải là rất khó. Chính vì vậy tất các các loại bể lắng đều có phần côn đáy giúp lượng cặn sẽ đi về nơi có vùng thấp nhất để dễ dàng xả bỏ bùn cặn.

– Phần xả bùn: là phần để loại bỏ bùn ra khỏi bể lắng, nếu không loại bỏ bùn khỏi bể lắng mỗi ngày ở đây sẽ tích tụ thêm 1 lượng bùn nhất định, theo thời gian sẽ đầy cả bể lắng và không còn hiệu suất lắng nữa. Phần xả bùn này có nhiều kiểu lấy bùn ra, nhưng phổ biến là sử dụng motor hoặc làm bể trên cao rồi xả tự do về bể chứa bùn.

– Phần máng thu nước: Phần máng thu nước được đặt ở trên cùng cách thành bể khoảng 50Cm để tận dụng tối đa diện tích bể lắng.

Máng thu nước được làm bằng BTCt rồi đánh thăng bằng, nếu có điều kiện các bạn có thể sử dụng các tấm Inox là máng răng cưa để thu nước, vì máng Inox có thể di động được.

Khi mực nước dâng lên cao, các bạn sẽ chỉnh cân bằng làm sao để lượng nước được thu đều vòng quanh bể lắng.

– Phần thanh chắn bùn: Thanh chắn bùn có thể sử dụng các loại vật liệu như Inox, Thép, Nhựa để chế tạo thành các góc nghiêng nhằm ngăn lượng bùn nổi đi ra khỏi nước. Lượng bùn nổi sẽ bị thanh gạt bùn giữ lại nổi trên mặt bể lắng mà không đi theo dòng nước quấn ra ngoài.

Khử trùng.

Khử trùng là biện pháp bắt buộc theo quy định của nhà nước, nhằm loại bỏ tất cả các loại vi khuẩn, vi rút có trong nước thải sau quá trình xử lý, để đảm bảo điều kiện vệ sinh và tránh các dịch bệnh mà các vi khuẩn đó gây ra.

Ngoài việc diệt các loại vi khuẩn gây bệnh, quá trình này còn tạo điều kiện để oxy hóa các chất hữu cơ và đẩy nhanh các quá trình làm sạch nước thải. Hóa chất dùng trong quá trình này là clo.

–    Khử trùng: Khi đưa Cl vào nước, Cl sẽ bị thủy phân theo phản ứng sau:

Cl2 + H2O ↔ HCl + HOCl

Axit hypocloric HOCl rất yếu, không bền và dễ phân hủy ngay thành HCl và ôxy nguyên tử, hoặc có thể phân ly thành H+ và OCl-

HOCl ↔ HCl + O

HOCl ↔ H+ + OCl-

Tất cả các chất HOCl, OCl- và O là các chất oxy hóa mạnh, các chất này oxy hóa nguyên sinh chất và khử hoạt tính của men, làm tế bào bị tiêu diệt.