1. Giới thiệu
Loại bỏ chất dinh dưỡng sinh học nâng cao (BNR) là một thành phần quan trọng của hệ thống bùn hoạt tính thông thường (CAS), nhằm giảm nồng độ nitơ và phốt pho để đáp ứng các quy định xả thải ngày càng nghiêm ngặt. Các hệ thống CAS truyền thống thường dựa vào thông khí liên tục và các thông số vận hành cố định, điều này có thể hạn chế hiệu quả loại bỏ chất dinh dưỡng, đặc biệt là trong điều kiện nước đầu vào biến động. Nghiên cứu này điều tra các sửa đổi vận hành, bao gồm sục khí không liên tục và tối ưu hóa tuổi bùn, để tăng cường loại bỏ chất dinh dưỡng mà không cần thay đổi cơ sở hạ tầng lớn, cung cấp hướng dẫn thực tế để trang bị thêm cho các nhà máy hiện có.
2. Vật liệu và phương pháp
Các lò phản ứng quy mô thí điểm được thiết kế để so sánh các điều kiện hoạt động khác nhau. Các chế độ sục khí bao gồm các chu kỳ sục khí liên tục và gián đoạn, trong khi thời gian lưu bùn (SRT) dao động từ 5 đến 20 ngày. Tỷ lệ cacbon-nitơ (C/N) được điều chỉnh từ 4 đến 10 để đánh giá hiệu quả của chúng trong việc loại bỏ chất dinh dưỡng. Nước thải thứ cấp của thành phố được sử dụng làm dòng chảy vào. Nồng độ nitơ và phốt pho được theo dõi hàng ngày. Thành phần cộng đồng vi sinh vật được đánh giá bằng cách sử dụng trình tự 16S rRNA, tập trung vào việc làm giàu vi khuẩn nitrat hóa và khử nitrat theo các chiến lược hoạt động khác nhau. Các chiến lược kiểm soát thích ứng đã được thực hiện để đánh giá độ ổn định của nước thải dưới sự thay đổi ảnh hưởng của nước đầu vào.
3. Kết quả
Sục khí không liên tục kết hợp với tuổi bùn được tối ưu hóa đã cải thiện đáng kể hiệu quả loại bỏ chất dinh dưỡng. Việc loại bỏ amoni luôn vượt quá 95%, tổng lượng nitơ loại bỏ dao động từ 80% đến 90% và tổng nồng độ phốt pho giảm xuống dưới 1 mg/L trong điều kiện tối ưu. Phân tích vi sinh vật cho thấy sự làm giàu có chọn lọc của vi khuẩn nitrat hóa và khử nitrat, tương quan với việc loại bỏ chất dinh dưỡng được cải thiện. Giám sát liên tục và kiểm soát thích ứng duy trì chất lượng nước thải ổn định ngay cả khi nồng độ ảnh hưởng thay đổi. Phân tích so sánh đã chứng minh rằng sục khí gián đoạn giúp loại bỏ nitơ và phốt pho vượt trội so với sục khí liên tục, đồng thời tối ưu hóa SRT nâng cao hơn nữa hiệu suất quy trình.
4. Thảo luận
Kết quả chỉ ra rằng việc điều chỉnh hoạt động trong hệ thống CAS có thể tăng cường đáng kể việc loại bỏ chất dinh dưỡng mà không cần nâng cấp cơ sở hạ tầng tốn kém. Sục khí không liên tục tạo ra các điều kiện hiếu khí và thiếu khí xen kẽ thuận lợi cho quá trình nitrat hóa và khử nitrat diễn ra đồng thời. Tuổi bùn được tối ưu hóa duy trì quần thể vi sinh vật cân bằng, hỗ trợ hoạt động sinh học ổn định. Nghiên cứu nhấn mạnh tầm quan trọng của việc hiểu rõ động lực của cộng đồng vi sinh vật và áp dụng biện pháp kiểm soát thích ứng để ứng phó với những biến đổi có ảnh hưởng. Những phát hiện này cung cấp hướng dẫn thực tế cho các cơ sở xử lý nước thải đang tìm cách cải thiện chất lượng nước thải một cách hiệu quả về mặt chi phí đồng thời đáp ứng các yêu cầu quy định chặt chẽ hơn.
5. Kết luận
Có thể đạt được khả năng loại bỏ chất dinh dưỡng sinh học nâng cao trong các hệ thống bùn hoạt tính thông thường bằng cách kết hợp sục khí ngắt quãng với tuổi bùn được tối ưu hóa. Chiến lược này cải thiện khả năng loại bỏ nitơ và phốt pho, thúc đẩy sự thay đổi cộng đồng vi sinh vật có lợi và đảm bảo chất lượng nước thải ổn định trong các điều kiện thay đổi. Cách tiếp cận so sánh cung cấp một phương pháp khả thi và tiết kiệm chi phí để trang bị thêm cho các nhà máy CAS hiện có, chứng minh rằng những sửa đổi về vận hành có thể đạt được những lợi ích đáng kể về môi trường và quy định mà không cần đầu tư lớn vào cơ sở hạ tầng.