Phân tích tác động của việc cung cấp oxy theo giai đoạn trong vùng hiếu khí của quy trình AAO đến hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm
Tổng quan
Quy trình AAO là một công nghệ xử lý nước thải được sử dụng rộng rãi, chủ yếu bao gồm các giai đoạn kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí, hoạt động phối hợp để loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm khỏi nước thải. Giai đoạn hiếu khí là một thành phần quan trọng của quy trình AAO và phương pháp cung cấp oxy ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả hoạt động chung của toàn bộ hệ thống. Để nâng cao hơn nữa hiệu quả của quy trình AAO trong các ứng dụng thực tế, các nhà nghiên cứu đã đề xuất sơ đồ cung cấp oxy theo giai đoạn. Bằng cách thiết lập nhiều vùng có nồng độ oxy hòa tan (DO) khác nhau trong hệ thống, sơ đồ này nhằm mục đích tối ưu hóa hoạt động trao đổi chất của vi sinh vật hiếu khí và cải thiện hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm. Do đó, việc phân tích tác động của việc cung cấp oxy theo giai đoạn trong vùng hiếu khí của quy trình AAO đến việc loại bỏ chất ô nhiễm có giá trị thực tiễn đáng kể.
Tổng quan về việc cung cấp oxy theo giai đoạn trong vùng hiếu khí của quy trình AAO
Vùng hiếu khí là nơi chủ yếu diễn ra quá trình oxy hóa và phân hủy các chất hữu cơ. Thông qua việc cung cấp oxy theo giai đoạn, nồng độ DO ở các vùng khác nhau có thể được điều chỉnh linh hoạt dựa trên tốc độ phân hủy chất hữu cơ và nhu cầu oxy của vi sinh vật, đảm bảo phân hủy đồng đều và đủ chất hữu cơ giữa các vùng. Cách tiếp cận này giúp cải thiện tỷ lệ loại bỏ chất hữu cơ và ổn định chất lượng nước thải. Trong vùng hiếu khí, nitơ amoniac bị oxy hóa thành nitrat bởi vi khuẩn nitrat hóa. Việc cung cấp oxy theo giai đoạn đảm bảo vi khuẩn nitrat hóa hoạt động hiệu quả ở nồng độ DO thích hợp, tránh những tác động bất lợi đến quá trình nitrat hóa do nồng độ DO quá cao hoặc quá thấp. Đồng thời, bằng cách kiểm soát tỷ lệ tuần hoàn và nồng độ dung dịch hỗn hợp, quá trình nitrat hóa có thể được tối ưu hóa hơn nữa, nâng cao hiệu quả loại bỏ nitơ amoniac. Quá trình AAO thực hiện loại bỏ đồng thời nitơ và phốt pho. Trong điều kiện cung cấp oxy theo giai đoạn trong vùng hiếu khí, các sinh vật tích lũy phốt pho (PAO) có thể hấp thụ hoàn toàn phốt pho ở nồng độ DO thích hợp và loại bỏ phốt pho bằng cách thải ra bùn giàu phốt pho ở các giai đoạn tiếp theo. Trong khi đó, bằng cách điều chỉnh các thông số vận hành ở vùng thiếu khí và hiếu khí, quá trình khử nitrat có thể được tối ưu hóa, nâng cao hiệu quả loại bỏ tổng nitơ.
Phương pháp thực nghiệm để phân tích tác động của các giai đoạn Cung cấp oxy về hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm
Trong quá trình thí nghiệm, các phương pháp như hệ thống điều khiển van sục khí, hệ thống điều khiển tự động, số lượng thiết bị thổi khí được sử dụng để điều chỉnh cường độ sục khí, qua đó phản ánh nồng độ DO. Luồng quy trình của thiết lập thử nghiệm được hiển thị trongHình 1.
Như được hiển thị trong Hình 1, vùng hiếu khí của hệ thống AAO được chia thành ba vùng: phần đầu, phần giữa và phần đuôi. Thời gian lưu thủy lực (HRT) của hệ thống được đặt thành 2 giờ. Kích thước lò phản ứng là 160 cm × 125 cm × 100 cm (dài × rộng × cao), với chiều cao hỗn hợp rượu được đặt ở mức 60 cm. Hướng dòng chảy giữa các bể phản ứng được kiểm soát bằng vách dẫn hướng và vách ngăn.
Các mẫu nước thải được thu thập từ bể lắng sơ cấp của nhà máy xử lý nước thải đô thị. Chất lượng nước thải tương đối ổn định, các chỉ tiêu liên quan đều nằm trong khoảng tiêu chuẩn: nồng độ TP dao động từ 3,0 đến 5,5 mg/L, nồng độ TN từ 26 đến 49 mg/L và COD từ 255 đến 485 mg/L.
Mỗi khu vực hiếu khí được trang bị một máy bơm không khí xoáy và hệ thống ống đục lỗ được cấu hình độc lập để tạo thành hệ thống sục khí cho các hoạt động sục khí. Trong quá trình vận hành hệ thống, mỗi máy bơm khí xoáy hoạt động độc lập và ổn định, duy trì nồng độ DO trong khoảng lần lượt là 4–5 mg/L, 3–4 mg/L và 2–3 mg/L. Nồng độ DO và chất lượng nước thải từ các khu vực khác nhau được đo lường và phân tích để xác định tác động cụ thể đến hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm.
3 Phân tích tác động của nồng độ DO đầu phân khu đến hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm
3.1 Phân tích hiệu quả loại bỏ COD
Phân tích loại bỏ COD ở phần đầu của vùng hiếu khí AAO trong ba điều kiện nồng độ DO khác nhau cho thấy giá trị COD của nước thải là 41,2, 40,2 và 40,8 mg/L, với hiệu suất loại bỏ lần lượt là 91,3%, 90,5% và 90,8%. Chi tiết cụ thể được thể hiện ởHình 2.
Phân tích dữ liệu chỉ ra rằng mặc dù hiệu quả loại bỏ COD ở phần đầu thay đổi ở một mức độ nào đó dưới các nồng độ DO khác nhau, nhưng sự thay đổi tổng thể là tối thiểu và không cho thấy mối tương quan rõ ràng. Khi nồng độ DO tăng từ mức 2–3 mg/L lên mức 3–4 mg/L, COD nước thải và hiệu suất loại bỏ giảm lần lượt là 1,0 mg/L và 0,8%. Tuy nhiên, khi nồng độ DO tăng lên mức 4–5 mg/L, COD nước thải và hiệu suất loại bỏ tăng lần lượt là 0,6 mg/L và 0,3%. Nồng độ DO khác nhau không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả loại bỏ COD.
3.2 Phân tích hiệu quả loại bỏ TN
Phân tích loại bỏ TN ở phần đầu cho thấy nồng độ TN nước thải là 12,8, 12,3 và 13,1 mg/L trong ba điều kiện DO, với tỷ lệ loại bỏ lần lượt là 68,0%, 66,8% và 67,7%.
Phân tích dữ liệu chỉ ra rằng hiệu quả loại bỏ TN ở phần đầu thay đổi ở một mức độ nào đó dưới các nồng độ DO khác nhau, nhưng sự thay đổi tổng thể là tối thiểu và không cho thấy mối tương quan rõ ràng. Như vậy, có thể kết luận rằng nồng độ DO khác nhau không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả loại bỏ TN.
3.3 Phân tích hiệu quả loại bỏ TP
Phân tích loại bỏ TP ở phần đầu cho thấy nồng độ TP nước thải là 0,60, 0,51 và 0,48 mg/L trong ba điều kiện DO, với tỷ lệ loại bỏ lần lượt là 88,1%, 90,7% và 91,7%.
Phân tích dữ liệu chỉ ra rằng hiệu quả loại bỏ TP ở phần đầu thay đổi theo nồng độ DO. Việc tăng nồng độ DO làm giảm nồng độ TP trong nước thải và cải thiện hơn nữa hiệu quả loại bỏ. Như vậy, có thể kết luận rằng nồng độ DO từ 4–5 mg/L đạt hiệu quả loại bỏ tương đối cao nhất.
Phân tích toàn diện cho thấy rằng việc thiết lập nồng độ DO ở phần đầu ở mức 4–5 mg/L sẽ mang lại hiệu quả hấp thụ phốt pho cao hơn.
4 Phân tích tác động của nồng độ DO ở phần giữa đến hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm
4.1 Phân tích hiệu quả loại bỏ COD
Phân tích loại bỏ COD ở phần giữa cho thấy giá trị COD của nước thải là 39,9, 38,9 và 40,4 mg/L trong ba điều kiện DO, với hiệu suất loại bỏ lần lượt là 91,0%, 90,9% và 91,2%. Chi tiết cụ thể được thể hiện ởHình 3.
Phân tích dữ liệu chỉ ra rằng mặc dù hiệu quả loại bỏ COD ở phần giữa thay đổi ở một mức độ nào đó dưới các nồng độ DO khác nhau, nhưng sự thay đổi tổng thể là tối thiểu và không cho thấy mối tương quan rõ ràng. Khi nồng độ DO tăng từ mức 2–3 mg/L lên mức 3–4 mg/L, COD nước thải và hiệu suất loại bỏ giảm lần lượt là 1,0 mg/L và 0,1%. Tuy nhiên, khi nồng độ DO tăng lên mức 4–5 mg/L, COD nước thải và hiệu suất loại bỏ tăng lần lượt là 0,5 mg/L và 0,3%. Nồng độ DO khác nhau không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả loại bỏ COD.
4.2 TN Phân tích hiệu quả loại bỏ
Phân tích loại bỏ TN ở phần giữa cho thấy nồng độ TN nước thải là 13,8, 13,0 và 12,9 mg/L trong ba điều kiện DO, với tỷ lệ loại bỏ lần lượt là 62,5%, 66,3% và 66,4%. So sánh, nồng độ DO ở mức 3–4 mg/L và 4–5 mg/L mang lại hiệu quả loại bỏ TN tốt hơn.
4.3 Phân tích hiệu quả loại bỏ TP
Phân tích loại bỏ TP ở phần giữa cho thấy nồng độ TP trong nước thải là 0,57, 0,52 và 0,46 mg/L trong ba điều kiện DO, với tỷ lệ loại bỏ lần lượt là 88,5%, 90,8% và 91,5%. So sánh, nồng độ DO ở mức 3–4 mg/L và 4–5 mg/L mang lại hiệu quả loại bỏ TP tốt hơn.
Phân tích toàn diện cho thấy rằng việc đặt nồng độ DO ở phần giữa ở mức 3–4 mg/L sẽ đạt được hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm cao hơn.
Phân tích tác động của nồng độ DO ở phần đuôi đến hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm
5.1 Phân tích hiệu quả loại bỏ COD
Phân tích khả năng loại bỏ COD ở phần đuôi cho thấy hiệu suất loại bỏ là 91,8% ở cả 3 điều kiện nồng độ DO. Nồng độ DO khác nhau không ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả loại bỏ COD.
5.2 TN Phân tích hiệu quả loại bỏ
Phân tích loại bỏ TN ở phần đuôi cho thấy nồng độ TN nước thải là 11,5, 12,7 và 13,4 mg/L trong ba điều kiện DO, với tỷ lệ loại bỏ lần lượt là 72,7%, 67,9% và 66,5%. Ngược lại, nồng độ DO ở mức 2–3 mg/L mang lại hiệu quả loại bỏ TN tốt hơn.
5.3 Phân tích hiệu quả loại bỏ TP
Phân tích khả năng loại bỏ TP ở phần đuôi cho thấy khi nồng độ DO dưới 2,0 mg/L hiệu suất loại bỏ không vượt quá 96%. Trong thí nghiệm này, tỷ lệ loại bỏ ở cả ba điều kiện DO là 90% và nồng độ nước thải đạt tiêu chuẩn ban đầu.
Tóm lại, cài đặt nồng độ DO ở phần đuôi ở mức 2–3 mg/L sẽ đạt được hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm cao hơn.
Phần kết luận
Để nghiên cứu tác động cụ thể của việc cung cấp oxy theo giai đoạn trong vùng hiếu khí của quy trình AAO đến hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm, vùng hiếu khí được chia thành các phần đầu, giữa và đuôi trong quá trình nghiên cứu. Phân tích hiệu quả loại bỏ COD, TN và TP trên các phần này, kết hợp với kết quả nghiên cứu, chỉ ra rằng việc thiết lập mức nồng độ DO trong ba vùng hiếu khí lần lượt là 4–5 mg/L, 3–4 mg/L và 2–3 mg/L, sẽ đạt được hiệu quả loại bỏ chất ô nhiễm tổng thể tốt hơn. Cách tiếp cận này có thể cung cấp hỗ trợ và tài liệu tham khảo cho các nỗ lực bảo vệ môi trường sinh thái, bảo tồn năng lượng và giảm phát thải.