THIẾT KẾ HỆ THỐNG XỬ LÝ NƯỚC THẢI SINH HOẠT ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ AAO

Xử lý nước thải sinh hoạt áp dụng công nghệ AAO
Công ty Môi trường CMS chuyên tư vấn thiết kế, xây dựng, lắp đặt, bảo trì hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt. Công ty có đội ngũ kỹ thuật chuyên sâu về môi trường, thiết kế các hệ thống hiện đại, giảm chi phí đầu tư, áp dụng công nghệ xử lý nước thải hiện đại nhất.
I. GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ AAO
AAO là viết tắt của các cụm từ Anaerobic (Yếm khí) – Anoxic (Thiếu khí) – Oxic (Hiếu khí). Công nghệ AAO là quy trình xử lý sinh học liên tiếp ứng dụng nhiều hệ vi sinh vật khác nhau: Hệ vi sinh vật Yếm khí, Thiếu khí, Hiếu khí để xử lý chất thải. Dưới tác dụng phân giải các chất ô nhiễm của hệ vi sinh vật mà chất ô nhiễm được xử lý trước khi thải ra môi trường.
2. Quá trình Anaerobic (Quá trình Yếm khí)
Các quá trình này có thể họp thành 4 giai đoạn, xảy ra đồng thời trong quá trình phân hủy kỵ khí chất hữu cơ:
•    Thủy phân: 
 Trong giai đoạn này, dưới tác dụng của enzyme do vi khuẩn tiết ra, các phức chất và các chất không tan (polysaccharides, protein, lipid) chuyển hóa thành các phức đơn giản hơn hoặc chất hòa tan (đường, các amino acid, acid béo).
Quá trình này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất. Chất béo thủy phân rất chậm.
•    Acid hóa:
 Trong giai đoạn này, vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, alcohols, acid lactic, methanol, CO2, H2, NH3, H2S và sinh khối mới. Sự hình thành các acid có thể làm pH giảm xuống 4.0.
•    Acetic hoá (Acetogenesis):
Vi khuẩn acetic chuyển hóa các sản phẩm của giai đoạn acid hóa thành acetate, H2, CO2 và sinh khối mới.
• Methane hóa (methanogenesis):
Đây là giai đoạn cuối của quá trình phân huỷ kỵ khí. Acetic, H2, CO2, acid fomic và methanol chuyển hóa thành methane, CO2 và sinh khối mới.
Trong 3 giai đoạn thuỷ phân, acid hóa và acetic hóa, COD hầu như không giảm, COD chỉ giảm trong giai đoạn methane.
- Thực hiện quá trình khử NITRATE và khử một phần các hợp chất hữu cơ.
Quá trình Anoxic (Thiếu khí) 
Trong nước thải, có chứ hợp chất Nito và photpho, những hợp chất này cần phải được loại bỏ ra khỏi nước thải. Tại bể Anoxic, trong điều kiện thiếu khí hệ vi sinh vật thiếu khí phát triển xử lý N và P thông qua quá trình Nitrat hóa và Photphoril.
Mô tả quá trình khử Nitrate (denitrification)
     Khử nitrate, bước thứ hai theo sau quá trình nitrate hóa, là quá trình khử nitrate-nitrogen thành khí nitơ, nitrous oxide(N2O) hoặc nitrite oxide (NO)  được thực hiện trong môi trường thiếu khí (Anoxic) và đòi hỏi một chất cho electron là chất hữu cơ hoặc vô cơ.
   Hai con đường khử nitrate có thể xảy ra trong hệ thống sinh học đó là:
•      Đồng hóa: Con đường đồng hóa liên quan đến khử nitrate thành ammonium sử dụng cho tổng hợp tế bào. Nó xảy ra khi ammonium không có sẵn, độc lập với sự ức chế của oxy.
•      Dị hóa (hay khử nitrate): Khử nitrate bằng con đường dị hóa liên quan đến sự khử nitrate thành oxide nitrite, oxide nitrous và nitrogen:
     NO3- => NO2- =>NO(g)=>   N2O (g) => N2(g)
Một số loài vi khuẩn khử nitrate được biết như: Bacillus, Pseudomonas, Methanomonas, Paracoccus, Spirillum, và Thiobacillus, Achromobacterium, Denitrobacillus, Micrococus, Xanthomonas (Painter 1970). Hầu hết vi khuẩn khử nitrate là dị dưỡng, nghĩa là chúng lấy carbon cho quá trình tổng hợp tế bào từ các hợp chất hữu cơ. Bên cạnh đó, vẫn có một số loài tự dưỡng, chúng nhận carbon cho tổng hợp tế bào từ các hợp chất vô cơ. Ví dụ loài Thiobacillus denitrificans oxy hóa nguyên tố S tạo năng lượng và nhận nguồn carbon tổng hợp tế bào từ  CO2 tan trong nước hay HCO3-
Phương trình sinh hóa của quá trình khử nitrate sinh học:
Tùy thuộc vào nước thải chứa carbon và nguồn nitơ sử dụng.
 Phương trình năng lượng sử dụng methanol làm chất nhận electron:
6 NO3-  +  5 CH3OH  =>  5 CO2   +  3 N2  +  7 H2O  +  6 OH- 
  Toàn bộ phản ứng gồm cả tổng hợp sinh khối:
NO3-  +  1,08 CH3OH   + 0,24 H2CO3  =>  0,056 C5H7O2N  +  0,47 N2  +   1,68 H2O  +   HCO3-   
O2 + 0,93 CH3OH + 0,056 NO3- => 0,056 C5H7O2N + 0,47 N2 + 1,04 H2O + 0,59 H2CO3 + 0,56 HCO3-  
 Phương trình năng lượng sử dụng methanol, ammonium-N làm chất nhận electron:
  NO3-  +  2,5 CH3OH   + 0,5 NH4+  +  0,5 H2CO3  => 0,5 C5H7O2N  +  0,5 N2  +4,5 H2O  +  0,5 HCO3- 
Phương trình năng lượng sử dụng methane làm chất nhận electron:
  5 CH4  +  8NO3-  => 4 N2  +  5 CO2  +  6 H2O + 8 OH-
Toàn bộ phản ứng gồm cả tổng hợp sinh khối sử dụng nước thải làm nguồn carbon, ammonium-N, làm chất nhận electron:
NO3-  +  0,345 C10H19O3N +  H+ +  0,267 NH4+  +  0,267 HCO3- =>  0,612 C5H7O2N + 0,5 N2  +2,3 H2O  +  0,655 CO2   
Phương trình sinh hóa sử dụng methanol làm nguồn carbon chuyển nitrate thành khí nitơ có ý nghĩa trong  thiết kế: Nhu cầu oxy bị khử 2,86 g/g nitrate bị khử.  Độ kiềm sinh ra là 3,57gCaCO3/g nitrate bị khử nếu nitrate là nguồn nitơ cho tổng hợp tế bào. Còn nếu ammonium-N có sẳn, độ kiềm sinh ra thấp hơn từ 2,9-3g CaCO3/g nitrate bị khử.
Quá trình Oxic (Hiếu khí)
   Quá trình phân hủy hiếu khí dựa vào hoạt động sống của vi sinh vật hiếu khí đặc biệt là vi khuẩn hiếu khí, chúng sẽ sử dụng oxy hòa tan có trong nước để phân giải chất hữu cơ có trong nước thải. Các vi sinh vật Pseudomonas Denitrificans, Baccillus Licheniforms,… sẽ khử nitrat thành N2 và thải vào không khí. Điều kiện chung cho vi khuẩn nitrat hóa pH = 5,5 – 9 nhưng tốt nhất là 7,5. Khi pH < 7 thì vi khuẩn phát triển chậm, oxy hòa tan cần là 0,5 mg/l, nhiệt độ từ 5 – 40oC. 
   Quá trình này diễn ra mạnh mẽ nếu dùng biện pháp tác động vào như: sục khí, làm tăng lượng hoạt động của vi sinh vật bằng cách tăng bùn hoạt tính, điều chỉnh hàm lượng chất dinh dưỡng và ức chế các chất độc làm ảnh hưởng đến quá trình hoạt động của vi sinh vật. Ngoài ra, nhiệt độ thích hợp cho quá trình xử lí là 20 – 400C, tối ưu là 25 – 300C.
   Quá trình phân hủy chất hữu cơ trong nước thải gồm 3 giai đoạn sau:
-   Giai đoạn 1: Oxy hóa chất hữu cơ.
CxHyOz  + O2 → CO2 + H2O + ∆H
-   Giai đoạn 2: Tổng hợp xây dựng tế bào
CxHyOz + O2 → tế bào VSV + CO2 + H2O + C5H7NO2 – ∆H
-   Giai đoạn 3: oxy hóa chất liệu tế bào.
C5H7¬NO2 + 5O2 → 5CO2 + 2H2O + NH2 ± ∆H’
Ứng dụng công nghệ AAO
Công nghệ AAO được ứng dụng xử lý các loại hình nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao như: Nước thải sinh hoạt, nước thải nhà máy mía đường, nước thải chế biến thủy sản, nước thải bệnh viện, nước thải sản xuất bánh kẹo –  thực phẩm…
II. TỔNG QUAN NƯỚC THẢI SINH HOẠT
1.    NGUỒN GỐC PHÁT SINH
Nước thải sinh hoạt (NTSH) phát sinh từ các hoạt động hằng ngày của con người như ăn uống, sinh hoạt, tắm rửa, chế biến thức ăn, vệ sinh nhà cửa,…Ở Việt Nam, lượng nước thải này trung bình khoảng 80 – 120 lít/người/ngày. NTSH được thu gom từ các căn hộ, cơ quan , trường học, bệnh viện, khu dân cư, cơ sở kinh doanh, siêu thị, chợ, các công trình công cộng khác và ngay chính trong các cơ sở sản xuất.
2.    THÀNH PHẦN, TÍNH CHẤT NƯỚC THẢI
Thành phần của nước thải sinh hoạt gồm hai loại:
- Nước thải nhiễm bẩn do chất bài tiết của con người từ các phòng vệ sinh, chủ yếu là các chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học và vi sinh.
- Nước thải nhiễm bẩn do các chất thải sinh hoạt: cặn bã từ nhà bếp, các chất rửa trôi, kể cả làm vệ sinh sàn nhà. Loại nước thải này có hàm lượng cặn cao và chứa nhiều dầu mỡ, chất tẩy rửa, chất hoạt động bề mặt.

Bảng 1. Thành phần đặc trưng của nước thải sinh hoạt

3.    ĐỀ XUẤT CÔNG NGHỆ XỬ LÝ

Thuyết minh công nghệ:
Nước thải sinh hoạt từ các đơn vị dùng nước, từ ngăn lắng của các hầm tự hoại theo 
cống dẫn vào hố thu có đặt song chắn rác thô, nhằm giữ lại các chất thải rắn 
có trong nước thải, tránh các sự cố về máy bơm (nghẹt bơm, gãy cánh bơm…) đồng thời làm giảm 4% lượng SS và BOD. Các chất thải rắn bị giữ lại tại song chắn rác được lấy định kỳ đem đổ bỏ. Sau đó, nước thải từ hố thu được bơm lên bể điều hòa của hệ thống nhờ bơm nhúng chìm. Ngoài ra nước thải từ bồn tắm, bồn rửa, khu văn phòng được đưa trực tiếp vào bể điều hòa. Riêng nước thải nhà ăn được đưa qua đường ống dẫn riêng đến bể tách mỡ. Tại bể tách mỡ, các giọt dầu nhẹ hơn nước nổi lên trên mặt nước, phần nước trong được bơm vào bể điều hòa. Phần dầu nổi trên mặt nước được vớt định kỳ đem đổ bỏ nơi quy định.
Bể điều hòa có nhiệm vụ điều hòa lưu lượng và nồng độ các chất ô nhiễm trong 
nước thải một cách ổn định trước khi đưa vào các công trình đơn vị phía sau, đồng thời phân hủy một phần các chất ô nhiễm có trong nước thải (10% BOD). Hệ thống 
phân phối khí đặt trong bể điều hòa nhằm cung cấp oxy và xáo trộn đều nước thải trước khi vào các công trình xử lý phía sau.  
Nước thải sau khi qua bể điều hòa sẽ được bơm lên bể UASB. Tại bể, các vi sinh vật kỵ khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải thành các chất vô cơ ở dạng đơn giản và khí Biogas (CO2, CH4, H2S, NH3…), theo phản ứng sau :
Chất hữu cơ + Vi sinh vật kỵ khí  →  CO2 + CH4 + H2S + Sinh khối mới + …
Nước thải sau khi qua bể điều hòa sẽ tự chảy và cụm bể Anoxic và bể sinh học. bể Anoxic kết hợp Aerotank được lựa chọn để xử lý tổng hợp: khử BOD, nitrate hóa, khử NH4+ và khử NO3- thành N2, khử Phospho. Với việc lựa chọn bể bùn hoạt tính xử lý kết hợp đan xen giữa quá trình xử lý thiếu khí – hiếu khí sẽ tận dụng được lượng carbon khi khử BOD, do đó không phải cấp thêm lượng carbon từ ngoài vào khi cần khử NO3-, tiết kiệm được 50% lượng oxy khi nitrate hóa, khử NH4+ do tận dụng được lượng oxy từ quá trình khử NO3-. 
Từ bể Anoxic, nước thải tự chảy vào bể hiếu khí Aerotank. Tại đây, các chất hữu cơ trong nước thải sẽ được xử lý triệt để. Thiết bị thổi khí chìm được vận hành liên tục nhằm  cung cấp oxy cho vi sinh vật hiếu khí hoạt động. Trong điều kiện thổi khí liên tục, quần thể vi sinh vật hiếu khí tồn tại ở trạng thái lơ lửng (bùn hoạt tính) sẽ phân hủy các hợp chất hữu cơ có trong nước thải thành các hợp chất vô cơ đơn giản như CO2 và nước.
Nước thải sau khi ra khỏi bể hiếu khí Aerotank sẽ chảy tràn qua bể lắng. 
Tại đây, xảy ra quá trình lắng tách pha và giữ lại phần bùn (vi sinh vật). Phần bùn lắng này chủ yếu là vi sinh vật trôi ra từ bể hiếu khí Aerotank được bơm bùn chìm bơm tuần hoàn về bể hiếu khí Aerotank nhằm duy trì nồng độ vi sinh vật. Phần bùn dư được bơm về bể chứa bùn nhằm làm giảm độ ẩm của bùn thải. Phần bùn dư sẽ được hút định kỳ đổ bỏ nơi quy định, phần nước tách pha được dẫn về bể điều hòa để tiếp tục xử lý.
Phần nước trong sau khi qua bể lắng sẽ chảy qua bể khử trùng, hóa chất 
khử trùng (dung dịch NaOCl 10%) được bơm đồng thời vào bể để xử lý triệt để các vi trùng gây bệnh như E.Coli, Coliform,… Nước thải sau khi qua bể khử trùng đạt quy chuẩn QCVN 14:2008/BTNMT, cột A và được xả ra cống thoát nước chung.
Ưu điểm của công nghệ :
•    Đảm bảo chất lượng nước thải đầu ra đạt yêu cầu.
•    Chi phí lắp đặt và chi phí thiết bị hợp lý
•    Dễ vận hành, bảo trì
•    Ít tốn chi phí hóa chất
Chính vì những ưu việt từ công nghệ trên, hãy liên hệ ngay với Công ty chúng tôi Công ty Môi trường CMS để biết thêm chi tiết về Công nghệ xử lý nước thải trường học và được tư vấn miễn phí!