Y TẾ – TRUNG TÂM TẾ TP HỒ CHÍ MINH
3.1.1.4. Quy trình vận hành XLNT theo nguyên tắc AAO
Hình 3.2. Mặt cắt công nghệ AAO công suất nhỏ
Hình 3.3. Quy trình vận hành trong công nghệ AAO
Nƣớc thải sau khi đƣợc thu gom có đi qua song chắn rác tại hố thu sẽ đƣợc bơm qua thiết bị hợp khối AAO với các giai đoạn xảy ra nhƣ sau:
Tách chất rắn thô Ngăn yếm khí Ngăn thiếu khí Ngăn khử trùng Ngăn lọc cặn Ngăn hiếu khí Đầu vào Đầu ra
Xử lý sơ bộ bằng vi khuẩn yếm khí – Anaerobic
Hình 3.4. Khoang kỵ khí
Anarobic dòng ngƣợc với vi sinh lơ lửng đƣợc kết hợp với các khối đệm vi sinh bằng PVC chuyên dụng có tác dụng tăng tối đa mật độ VSV có trong nƣớc thải lên 5.000 - 10.000 ppm đảm bảo hiệu quả trong xử lý yếm khí đạt hiệu suất 75 - 85%. Quá trình phân hủy kỵ khí xảy ra theo 4 giai đoạn:
Giai đoạn 1: Thủy phân – vi khuẩn thủy phân hydrolytic bacteria chuyển hóa
các hợp chất hữu cơ phức tạp (protein, carbonhydrates…) thành những chất hữu cơ đơn giản (amino acid, acid béo, đƣờng đơn).
Giai đoạn 2: Axit hóa – vi khuẩn lên men acid (fermentative acidogenic
bacteria) chuyển hóa những chất hữu cơ đơn giản để tạo thành axit hữu cơ và các alcol, ceton nhƣ acetic, formic, propionic, ethanol, glycerol,…
Giai đoạn 3: Acetate hóa – vi khuẩn acetic (acetogenic bacteria bao gồm các
vi khuẩn syntrobacter wolinii, syntrophomonas wolfer) chuyển hóa các acid béo và alcol thành acetate, H2,CO2…
Giai đoạn 4: Methane hóa – vi khuẩn metan (methanogens) tăng trƣởng chậm
trong nƣớc thải và thời gian thế hệ của chúng thay đổi từ 3 ngày ở nhiệt độ 350
C và lên đến 50 ngày ở 100C.
- Nhóm vi khuẩn metan hydrogenotrophic nghĩa là sử dụng hydrogen hóa tự dƣỡng chuyển hóa hydro và CO2 thành metan:
CO2 + 4H2 -> CH4 + 2H2O
- Nhóm vi khuẩn metan acetotrophic còn gọi là vi khuẩn phân giải acetate, chúng chuyển hóa acetate thành metan và CO2:
CH3COOH -> CH4 + CO2
Khử nitrat bằng quá trình xử lý thiếu khí – Anoxic
Hình 3.5. Khoang thiếu khí – ngăn chứa giá đỡ vi sinh
Anoxic là quá trình thiếu khí trong xử lý nƣớc thải. Một phần nƣớc thải và
bùn hoạt tính trong quá trình Oxic đƣợc bơm tuần hoàn về ngăn Anoxic để khử Nitrat, Phốtpho trong nƣớc thải, tức là giảm thiểu nồng độ T- N và T-P trong nƣớc thải. Thực chất quá trình này là quá trình oxy hóa các Hydrocacbon bằng Nitơ hóa trị (+3) và (+5) để trở về Nitơ hóa trị (0) và chuyển Phốtpho dạng (PO4)3- thành (PO4)3-salt thông qua quá trình photphoril hóa với vi khuẩn tham gia là Acinetobacter sp. Công nghệ này giảm thiểu đƣợc chi phí oxy cung cấp cho thiết bị đồng nghĩa với việc giảm chi phí vận hành của hệ thống.
Quá trình chuyển hóa hợp chất nitơ từ hóa trị dƣơng về hóa trị không, về bản chất hóa học là quá trình khử, trong đó các hợp chất nitơ hóa trị dƣơng đóng vai trò chất oxy hóa. Để có thể khử các hợp chất nitơ cần phải có các chất có khả năng cho điện tử, các chất có khả năng cho điện tử có khá nhiều nhƣ: chất hữu cơ, H2S,…
hoặc các chất vô cơ có hóa trị thấp nhƣ Fe2+, Mn2+,… tuy nhiên thông dụng và thuận lợi nhất là các chất hữu cơ.
VSV thực hiện quá trình khử nitrat có tên chung là Denitrifer gồm ít nhất 14 loại VSV nhƣ: Bacillus, Pseudomonas, Methanomonas, Thiobacillus,… Phần lớn chúng thuộc loại tùy nghi, nghĩa là chúng sử dụng oxy hoặc nitrat, nitrit làm chất oxy hóa để sản xuất năng lƣợng.
Nhóm Denitrifer phần lớn thuộc loại dị dƣỡng, sử dụng nguồn cacbon hữu cơ để xây dựng tế bào ngoài phần sử dụng cho phản ứng khử nitrat. Rất ít thuộc loại tự dƣỡng nhƣ: Thiobacillus Denitrificant sử dụng lƣu huỳnh làm chất khử để sản xuất năng lƣợng và sử dụng nguồn cacbon vô cơ CO2, HCO-3 để xây dựng tế bào.
Quá trình khử nitrat xảy ra theo 4 bậc liên tiếp nhau với mức độ giảm hóa trị của nguyên tố nitơ: NO-3 -> NO-2 -> NO -> N2O -> N2.
Phản ứng khử nitrat với chất hữu cơ là metanol hay axit axetic: 6NO-3 + 5CH3OH -> 3N2 + 5CO2 + 7H2O + 6OH- 8NO-3 + 5CH3COOH -> 4N2 + 10CO2 + 6H2O + 8OH-
Song song với quá trình khử nitrat, quá trình tổng hợp tế bào cũng diễn ra, khi đó lƣợng chất hữu cơ tiêu hao cho cả quá trình cao hơn so với lƣợng cần thiết cho phản ứng hóa học.
Các chất hữu cơ mà vi sinh Denitrifer có thể sử dụng khá đa dạng nhƣ: từ nguồn nƣớc thải, các hợp chất hóa học xác định đƣợc đƣa từ ngoài vào hoặc các chất hữu cơ hình thành từ phân hủy nội sinh.
Xử lý bằng VSV hiếu khí làm giảm BOD,NH4+ – Oxic
Hình 3.6. Khoang hiếu khí – ngăn chứa đệm vi sinh
Không khí đƣợc cấp bởi máy sục khí. Trong ngăn này sử dụng các chất có thể oxy hóa sinh hóa chủ yếu hoàn thành trong khi các Nitơ – Amonia sẽ chuyển thành Nitrat bởi quá trình Nitrat hóa bằng các VSV Nitrifers và khử BOD bằng các sinh vật Carboneus.
Theo Eckenfelder W.W. và Conon D.J. (1961) quá trình phân hủy hiếu khí nƣớc thải gồm 3 giai đoạn biểu thị bằng các phản ứng:
- Oxy hóa các chất hữu cơ:
+ O2 enzym CO2 + H2O + - Tổng hợp xây dựng tế bào mới:
+ O2 enzym Tế bào VSV + CO2 + H2O + C5H7NO2 - - Phân hủy nội bào:
C5H7NO2 + 5O2 enzym 5CO2 + 2H2O + NH3
Trong ngăn xử lý hiếu khí xảy ra quá trình oxy hóa amoni với tác nhân oxy hóa là oxy phân tử, quá trình này còn có tên gọi là nitrat hóa, đƣợc 2 loại VSV thực hiện kế tiếp nhau:
Chuyển hóa amon thành nitrit:
Nitrosomonas (N.europasa, N.oligocarboganes) oxy hóa amon đến nitrit thông qua hydroxyamin – NH2OH. Một số VSV khác oxy hóa NH4 là Nitrosopira, Nitrosococcus và Nitrosolobus.
2NH+4 + O2 -> 2NH2OH + 2H+ NH+4 + 1,5O2 -> NO-2 + 2H+ + H2O
Chuyển hóa nitrit thành nitrat:
Nitrobacter (N.agilis, N.winogradski) chuyển hóa nitrit thành nitrat NO-2 + 1/2O2 -> NO-3
Những vi khuẩn khác oxy hóa nitrit thành nitrat là: Nitrospira và Nitrococcus. Sự oxy hóa amon thành nitrit và sau đó thành nitrat là quá trình sinh năng lƣợng. VSV dùng năng lƣợng này để đồng hóa CO2.
Hầu hết các vi khuẩn tự dƣỡng nitrat hóa có rất nhiều trong tự nhiên, nhƣng sự nitrat hóa cũng có thể thực hiện đƣợc bởi các vi khuẩn dị dƣỡng nhƣ: Anthrobacter và nấm Aspergillus. Những vi sinh này sử dụng nguồn cacbon hữu cơ và oxy hóa amon đến nitrat. Tuy nhiên, sự oxy hóa dị dƣỡng thì chậm hơn nhiều so với nitrat hóa tự dƣỡng.
Nitrosomonas và Nitrobacter thuộc loại VSV tự dƣỡng, chúng sử dụng nguồn cacbon vô cơ (chủ yếu là HCO-
3, CO2) cùng với các chất dinh dƣỡng (N, P, vi lƣợng,…) để xây dựng tế bào. Thành phần nitơ ƣa chuộng nhất là amoni.
Oxy hóa amoni gồm 2 phản ứng kế tiếp nhau nên tốc độ oxy hóa của cả quá trình bị khống chế bởi giai đoạn có tốc độ chậm hơn. Từ các kết quả nghiên cứu cho thấy tốc độ phát triển của Nitrosomonas chậm hơn so với loại Nitrobacter, và vì vậy nồng độ nitrit thƣờng rất thấp trong giai đoạn ổn định.
Sự khác biệt giữa quá trình hiếu khí và thiếu khí là loại enzym tham gia vào giai đoạn vận chuyển điện tử cho hợp chất nitơ ở bƣớc cuối cùng trong cả chuổi phản ứng, đó là reductase enzym.
Sau khi nƣớc thải đƣợc xử lý qua các khoang của hệ thống FRP theo nguyên tắc AAO, thì đƣợc dẫn vào ngăn lọc cặn để tách toàn bộ bùn hoạt tính hồi lƣu về
ngăn Anoxic và ngăn thu bùn thừa. Sau đó nƣớc thải sẽ đƣợc bơm qua ngăn khử trùng nhằm loại bỏ triệt để các vi khuẩn, vi rút gây bệnh, để đảm bảo điều kiện vệ sinh và tránh các dịch bệnh do các vi khuẩn đó gây ra.
Hình 3.7. Ngăn khử trùng – viên hóa chất khử trùng
Trong ngăn khử trùng, sẽ khử trùng nƣớc đã qua xử lý sinh học, thể tích hữu dụng của ngăn có thể lƣu trên 15 phút tổng lƣợng nƣớc đầu vào.
Không cần các thiết bị pha và định lƣợng hóa chất khi sử dụng hóa chất khử trùng, do sử dụng phƣơng pháp định lƣợng đơn giản hóa chất dạng viên Calcium hypochloride - Ca(OCl)2 của Nhật Bản chuyển giao. Tại Việt Nam, hóa chất này đƣợc gọi dƣới tên Clorine, do chất này phóng thích Clo khi vào nƣớc nên theo các nhà sản xuất nó có khả năng sát khuẩn tốt.