WX
7.1. Các quá trình khử phosphorus
Trong những năm gần đây, một số lượng lớn các quá trình khử phosphorus bằng kỹ thuật sinh học được phát triển để thay thế cho việc xử lý hĩa học. Như đã được mơ tả ở phần trước, phosphorus được loại thải trong xử lý sinh học bằng việc hấp thụ orthophosphate, polyphosphate và hợp chất phosphorus hữu cơ vào trong tế bào. Tổng lượng được loại thải tùy thuộc vào lượng chất rắn thực được sinh ra. Thành phần phosphorus trong tế bào vào khoảng 1/5 hàm lượng nitrogen: thành phần phosphorus thực tế cĩ thể biến động từ 1/7 đến 1/3 giá trị nitrogen tùy thuộc vào các điều kiện xác định của mơi trường. Tính trung bình, hàm lượng phosphorus được loại thải suốt xử lý thứ cấp cĩ thể biến động từ 10 đến 30% lượng nước thải. Bằng cách sử dụng một trong các quá trình khử, việc khử đạt được đáng kể cĩ thể vượt ra khỏi khoảng biến động này.
Nhân tố quan trọng trong việc khử phosphorus bằng sinh học là vai trị của vi sinh vật được luân phiên trong các điều kiện kỵ khí và hiếu khí. Như được thảo luận ở tiết trước các điều kiện luân phiên tập trung vào vi sinh vật để việc đồng hĩa phosphorus của chúng vượt hơn mức bình thường. Phosphorus khơng chỉ được sử dụng để duy trì tế bào, tổng hợp và vận chuyển năng lượng mà cịn được tích lũy cho việc sử dụng sau này bởi vi sinh vật. Nước thải chứa phosphorus vượt trội hoặc là được làm sạch hoặc là được khử qua hệ thống phụ để giải phĩng hàm lượng vượt trội đĩ. Bằng chứng của việc luân phiên từ điều kiện kỵ khí sang hiếu khí cĩ thể được thực hiện trong quá trình xử lý chính, hoặc “dịng chính” (mainstream) hoặc dịng bùn hồi lưu, hoặc “dịng phụ” (sidestream) (xem hình 7-1). Một vài quá trình xử lý sinh học điển hình được sử dụng cho việc khử phosphorus sẽ được mơ tả trong phần này. Các quá trình đĩ là (1) quá trình A/O (Anearobic/Oxic stages) dùng cho việc khử phosphorus dịng chính, (2) quá trình PhoStrip (phosphorus strip - làm sạch phosphorus) được sử dụng cho khử phosphorus dịng phụ, và (3) phản ứng mẻ liên tục (sequencing batch reactor - SBR). SBR được dùng cho xử lý dịng chảy nhỏ hơn và cũng cĩ thể tạo nên sự linh hoạt cho quá trình vận hành, điều này cho phép việc khử nitrogen cĩ thể kết hợp thêm vào việc khử phosphorus. Thơng tin về thiết kế điển hình cho các quá trình được trình bày ở bảng 7-1.
84
Bảng 7-1. Thơng tin thiết kế điển hình cho các quá trình khử phosphorus bằn phương pháp sinh học.
Quá trình
Thơng số thiết kế Đơn vị A/O PhoStrip Phản ứng mẻ
liên tục
Tỷ số giữa thức ăn và vi sinh vật (F/M) Kg BOD/kg chất
nền.ngày 0.2 - 0.7 0.1 - 0.5 0.15 - 0.5 Thời gian lưu chất rắn Ngày 2 - 25 10 - 30
Chất rắn lơ lững trong bùn lỏng Mg/l 2000 - 4000 600 - 5000 2000 - 3000
Thời gian lưu nước Giờ
Vùng kỵ khí 0.5 - 1.5 8 - 12 1.8 - 3
Vùng hiếu khí 1 - 3 4 - 10 1 - 4
Bùn hoạt tính hồi lưu % chất thải 25 - 40 20 - 50
Tuần hồn nội tại % chất thải 10 - 20
7.1.1. Quá trình A/O (khử phosphorus dịng chính)
Quá trình A/O được sử dụng để oxy hĩa carbon với khử phosphorus kết hợp từ nước thải. Quá trình A/O là một hệ thống tăng cường chất lơ lững bùn đơn, hệ thống này kết hợp hai phần kỵ khí và hiếu khí theo thứ tự (hình 7-1 a). Việc cung cấp cĩ thể được tiến hành cho quá trình nitrate hĩa bằng kéo dài thời gian lưu nước trong giai đoạn hiếu khí. Bùn ổn định được hồi lưu cho đầu vào của bể phản ứng và trộn với nước thải đang đi vào. Dưới điều kiện kỵ khí, phosphorus chứa trong nước thải và sinh khối của tế bào được giải phĩng dưới dạng phosphate hịa tan. Việc làm giảm một ít BOD cũng xảy ra trong giai đoạn này. Rồi phosphorus được đồng hĩa trong sinh khối tế bào ở vùng hiếu khí. Phosphorus được loại thải từ dịng dung dịch trong bùn hoạt tính. Nồng độ phosphorus ở đầu ra tùy thuộc chủ yếu vào tỷ số BOD và phosphorus trong nước thải đã được xử lý. Theo báo cáo thì tỷ số này vượt quá 10/1, giá trị phosphorus hịa tan đầu ra cĩ thể đạt được 1mg/l hoặc thấp hơn. Trong trường hợp tỷ số BOD/phosphorus thấp hơn 10/1, các muối kim loại cĩ thể được thêm vào quá trình để đạt đến nồng độ phosphorus thấp nhất.
7.1.2. Quá trình PhoStrip (khử phosphorus dịng phụ)
Trong quá trình PhoStrip, một phần của bùn hoạt tính hồi lưu từ quá trình xử lý sinh học được làm lệch hướng qua bể làm sạch phosphorus kỵ khí (hình 7-1 b), thời gian lưu nước trong bể làm sạch này biến động điển hình từ 8 - 12 giờ. Phosphorus được giải phĩng trong bể làm sạch đi ra bên ngồi bể trong chất nổi trên mặt, và bùn hoạt tính nghèo phosphorus được đưa trở lại bể hiếu khí. Chất nổi trên mặt giàu phosphorus được xử lý với vơi hoặc chất keo tụ khác trong bể tách và được đẩy vào các bể lắng sơ cấp hoặc bể kết bơng/ gạn lọc để tách chất rắn. Phosphorus được loại bỏ từ hệ thống bằng kết tủa hĩa học. Hệ thống PhoStrip và các hệ thống bùn hoạt tính cĩ liên quan khác cĩ khả năng làm giảm lượng phosphorus ở đầu ra đến giá trị nhỏ hơn 1.5mg/l trước khi lọc.
85
7.1.3. Bể phản ứng mẻ liên tục (SBR).
Bể phản ứng mẻ liên tục cĩ thể được ứng dụng để đạt đến việc kết hợp bất kỳ quá trình oxy hĩa carbon, giảm nitrogen, và loại thải phosphorus nào. Quá trình làm giảm các cấu thành của nước thải cĩ thể được thực hiện với việc bổ sung hoặc khơng bổ sung thêm hĩa chất bằng cách thay đổi sự vận hành của các bể phản ứng. Phosphorus cĩ thể được loại thải bởi việc bổ sung thêm các chất keo tụ hoặc bằng sinh học khơng bổ sung thêm chất keo tụ. Trong mơ hình 7-2, sự giải phĩng phosphorus và đồng hĩa BOD sẽ xảy ra trong pha trộn kỵ khí, với sự đồng hĩa tiếp sau trong pha trộn hiếu khí. Việc chỉnh sửa thời gian phản ứng làm cho quá trình nitrate hĩa và loại thải nitrogen cĩ thể cũng được thực hiện. Thời gian quay vịng cĩ thể biến động từ 3 đến 24 giờ. Nguồn carbon trong pha thiếu khí được địi hỏi để giúp đỡ quá trình phản nitrate hĩa - hoặc nguồn carbon bên ngồi hoặc sự hơ hấp nội sinh của sinh khối tồn tại trong nước thải.
Hình 7-2. Phản ứng theo từng mẻ liên tục ứng dụng cho khử carbon, nitrogen và phosphorus.
7.1.4. So sánh các quá trình khử phosphorus sinh học.
Một sự so sánh tổng quát của các quá trình khử phosphorus sinh học khác nhau được trình bày qua bảng 7-2. Dựa trên những thảo luận trước đây, các quá trình sinh học mang lại nhiều thuận lợi cho việc loại bỏ các thành phần dinh dưỡng trong việc xử lý. Vì nhu cầu loại bỏ chất dinh dưỡng gia tăng, các việc sửa chữa đối với các quá trình này sẽ luơn luơn phát triển và ngày càng cĩ nhiều loại hệ thống xử lý được sử dụng. Bởi vì việc áp dụng thành cơng của nhiều quá trình tùy thuộc vào điều kiện xác định của địa phương, các khu xử lý thí điểm phải được quan tâm đến để phát triển dữ liệu vận hành và các thơng số thiết kế.
Khuấy kỵ khí Lọc Khuấy hiếu khí Khuấy thiếu khí Ổ định lắng
86
Bảng 7-2. Sự thuận lợi và bất lợi của các quá trình loại thải phosphorus sinh học.
Quá trình Thuận lợi Khơng thuận lợi