Mương oxy hóa lỗ chân lông trước-kỵ khí-: Công nghệ loại bỏ chất dinh dưỡng tiên tiến

Công nghệ xử lý nước thải Mương oxy hóa sục khí tiền{0}}vi kỵ khí{1}}

Giới thiệu

Phân tích củaquá trình mương oxy hóa thông thườngtiết lộ rằng bằng cách điều chỉnh và tối ưu hóa cường độ sục khí và mô hình dòng chảy, nước thải được xử lý tuần tự thông qua các bể phản ứng kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí, đảm bảo loại bỏ chất hữu cơ hiệu quả. Tuy nhiên, những vấn đề nhưtổng mức đầu tư caoVàhiệu suất truyền oxy thấpphổ biến, dẫn đếnloại bỏ nitơ và phốt pho dưới mức tối ưu. Để giải quyết những hạn chế này, chúng tôi đã tiến hành-nghiên cứu chuyên sâu về công nghệ xử lý nước thải qua mương oxy hóa sục khí vi lỗ thoáng khí trước{1}}anoxic nhằm nâng cao hiệu quả hoạt động của các nhà máy xử lý nước thải đô thị và cải thiện việc sử dụng tài nguyên nước.

1. Tổng quan dự án

Nhà máy xử lý nước thải ở Thành phố X chủ yếu xử lý nước thải sinh hoạt và nước thải công nghiệp, với một lượng nước thải công nghiệp đáng kể.Công suất xử lý thiết kế là 10×10⁴ m³/d. Các tiêu chuẩn chất lượng đối với nước thải đầu vào và nước thải được thể hiện trongBảng 1. Hiện nay, 30% nước thải sau xử lý được tái sử dụng làm nước tái chế cho các nhà máy nhiệt điện, 70% còn lại được thải ra sông. Dựa trên phân loại chức năng của nước mặt và Tiêu chuẩn xả chất ô nhiễm cho các nhà máy xử lý nước thải đô thị, nhà máy phải đáp ứng tiêu chuẩn xả thải cấp 1B. Với sự phát triển kinh tế đô thị đang diễn ra và lượng nước thải xả ngày càng tăng, nhà máy đã triển khai xử lý nước thải ngăn chặn cho nước thải sinh hoạt, mở rộng mạng lưới thoát nước và áp dụng quy trình-mương oxy hóa thoáng khí vi xốp trước để giảm ô nhiễm nguồn nước mặt đô thị.

2. Quy trình của Mương oxy hóa vi xốp tiền{1}}anoxic

Cốt lõi của quá trình này là sự kết hợp giữa bể tiền{0} thiếu oxy và mương oxy hóa sục khí vi lỗ. Trình tự điều trị như sau:nước thải → sàng thô → nhà bơm đầu vào → sàng lọc mịn → buồng sạn xoáy → bể kỵ khí → vùng thiếu khí/hiếu khí → bể lắng thứ cấp → bể khử trùng → nước thải. Một phần bùn từ bể lắng thứ cấp được thải ra thiết bị khử nước bùn trước khi thải bỏ lần cuối. Quá trình này tập trung vào việc giải phóng phốt pho, loại bỏ nitơ sinh học và loại bỏ phốt pho.

2.1 Giải phóng phốt pho

Trong bể kỵ khí, vi khuẩn lên men chuyển đổi các đại phân tử có khả năng phân hủy sinh học thành các chất trung gian phân tử nhỏ hơn, chủ yếu là các axit béo dễ bay hơi (VFA). Trong điều kiện kỵ khí kéo dài, các sinh vật tích lũy polyphosphate (PAO) phát triển chậm và giải phóng photphat từ tế bào của chúng vào dung dịch bằng cách phân hủy polyphosphate. Quá trình này cung cấp năng lượng cho sự hấp thu và chuyển đổi-axit béo phân tử thấp thành hạt polyhydroxybutyrate (PHB).

2.2 Loại bỏ nitơ sinh học

Nitơ amoniac được chuyển đổi thành nitrit và nitrat bằng vi khuẩn nitrat hóa trong điều kiện hiếu khí. Trong vùng anoxic, vi khuẩn khử nitrat sẽ khử nitrat thành khí nitơ, khí này được thải vào khí quyển. Quá trình này làm giảm hiệu quả nồng độ nitơ trong nước thải.

2.3 Loại bỏ phốt pho

Trong điều kiện hiếu khí, PAO sử dụng nguồn carbon và PHB để hấp thụ orthophosphate, tổng hợp polyphosphate trong tế bào của chúng. Phốt pho tích lũy sau đó được loại bỏ khỏi hệ thống cùng với bùn thải, đạt được hiệu quả loại bỏ phốt pho hiệu quả.

So với các quy trình thông thường,mương oxy hóa sục khí vi xốp trước{0}}anoxic đơn giản hóa các hoạt động bằng cách loại bỏ quá trình lắng đọng sơ cấp hoặc giảm thời gian lắng đọng. Điều này cho phép các hạt hữu cơ lớn hơn từ buồng chứa cát đi vào hệ thống sinh học, giải quyết sự thiếu hụt nguồn carbon. Các điều kiện yếm khí-thiếu khí{3}}kỵ khí xen kẽ ức chế sự phát triển của vi khuẩn dạng sợi, cải thiện khả năng lắng của bùn và tích hợp loại bỏ nitơ, loại bỏ phốt pho và phân hủy hữu cơ. Vùng kỵ khí và thiếu khí tạo ra môi trường thuận lợi cho việc loại bỏ nitơ và phốt pho, trong khi vùng hiếu khí hỗ trợ đồng thời giải phóng phốt pho và quá trình nitrat hóa. Thể tích của vùng hiếu khí phải được tính toán cẩn thận để đảm bảo hiệu quả:

Ở đâu:

• X: Nồng độ bùn vi sinh (mg/L)
• Y: Hệ số phát thải bùn (kgMLSS/kgBOD)
• S_e​ : Nồng độ nước thải (mg/L)
• S₀​ : Nồng độ ảnh hưởng (mg/L)
• θ_C0: Thời gian lưu thủy lực (s)
• Q: Tốc độ dòng chảy vào (L/s)
• V₀: Thể tích hiệu dụng của bể phản ứng hiếu khí (L)

3. Các khía cạnh chính của công nghệ mương oxy hóa sục khí vi xốp tiền{1}}anoxic

3.1 Công nghệ bể anoxic trước-

Bể tiền thiếu oxy chứa các vi sinh vật kỵ khí có chức năng phân hủy và chuyển hóa sơ bộ chất hữu cơ, làm giảm lượng bùn tạo ra và giảm tải cho các giai đoạn xử lý tiếp theo.

3.1.1 Quy trình xử lý

3.1.1.1 Tiền xử lý nước thải

Sàng lọc loại bỏ các chất rắn lơ lửng như nhựa, tóc và chất thải nhà bếp bằng cách sử dụng màn hình sinh học tiên tiến. Quy định về dòng chảy và chất lượng đảm bảo tính đồng nhất, trong khi quá trình lắng (được hỗ trợ{1}}tự nhiên hoặc hóa học) loại bỏ chất rắn lơ lửng và chất hữu cơ/vô cơ.

3.1.1.2 Phản ứng kỵ khí

Nhiệt độ, độ pH và thời gian lưu được kiểm soát tạo điều kiện trộn kỹ bùn kỵ khí và nước thải, tăng cường loại bỏ chất hữu cơ. Lò phản ứng kỵ khí sử dụng sự trộn hoặc tuần hoàn để thúc đẩy quá trình lên men, tạo ra CO₂, CH₄ và vết H₂S. Tiếp theo là quá trình tách khí-lỏng-rắn và xử lý khí đuôi.

3.1.1.3 Sau{1}}Xử lý và nước thải

Các chất ô nhiễm vô cơ và hữu cơ kháng thuốc được xử lý thông qua các quá trình hiếu khí hoặc hấp phụ bằng than hoạt tính. Giám sát trực tuyến theo dõi hoạt động của vi sinh vật và các chỉ số chất lượng nước (ví dụ: tỷ lệ F/M, oxy hòa tan). Tỷ lệ F/M phải ở mức trung bình là 0,06; oxy hòa tan trong vùng kỵ khí phải là 0,5–1 mg/L.

3.1.2 Kiểm soát quá trình

Các biện pháp chính bao gồm:

Nuôi trồng bùn kỵ khí có khả năng phân hủy cao và duy trì tỷ lệ dinh dưỡng tối ưu (C:N:P ≈ 100:5:1).

Kiểm soát lượng chất hữu cơ, nhiệt độ (30–35 độ) và pH (6,5–7,5). Tải lượng hữu cơ phải là 3–6 kgBOD₅/(m³·d).

Thực hiện tái chế bùn để duy trì nồng độ và hoạt động của vi sinh vật. Bùn đã khử nước có thể được tái sử dụng làm phân bón hoặc thức ăn chăn nuôi.

3.2 Công nghệ mương oxy hóa sục khí vi xốp

Bùn phồng lên, thường do vi khuẩn dạng sợi hoặc sự nở rộng của quần thể động vật, làm suy giảm khả năng lắng. Các phương trình sau đây mô tả sự phát triển của vi sinh vật:

Ở đâu:

• K_d: Hệ số phân hủy vi sinh vật (d^-1)
• S: Nồng độ cơ chất (mg/L)
• K_s​: Hệ số bão hòa một nửa (mg/L)
• Y: Hệ số năng suất (kgMLSS/kgCOD)
• μ_{tối đa}: Tốc độ tăng trưởng riêng tối đa (d^-1)
• μ: Tốc độ tăng trưởng của vi sinh vật (d^-1)
•  

Ở đâu:

• S_phút: Nồng độ cơ chất tối thiểu ở trạng thái ổn định (mg/L)
• K_d: Hệ số phân hủy vi sinh vật (d^-1)
• Ks: Hệ số bão hòa một nửa{0}}, tức là nồng độ cơ chất khi μ=μmax/2μ=μtối đa​/2 (mg/L)
• Y: Hệ số năng suất (kgMLSS/kgCOD)
• μ_{tối đa}: Tốc độ tăng trưởng riêng tối đa (d^-1)

3.2.1 Thông số thiết kế quy trình

Nước thải đi qua sàng, buồng chứa sạn, bể kỵ khí (có máy trộn) trước khi đi vào mương oxy hóa. Máy sục khí vi xốp và cánh quạt chìm tạo ra các điều kiện hiếu khí/thiếu khí xen kẽ. Hệ thống bao gồm 2 bể kỵ khí (2,8h HRT) và 4 mương oxy hóa (8,64h HRT). Tuổi bùn là 11,3 ngày.

3.2.2 Thiết kế thiết bị cân{1}}thí điểm

Hệ thống thí điểm bao gồm buồng chứa cát sục khí, máy bơm, bộ chọn kỵ khí, mương oxy hóa, bơm hồi lưu bùn, bể lắng thứ cấp và bơm nước thải. Bộ chọn kỵ khí (2,35 m³) có ba ngăn với máy trộn và máy theo dõi (ORP, pH). Mương oxy hóa (26,3 m³) có nhiều cửa vào/ra và bộ khuếch tán vi xốp. Thử nghiệm cho thấy mức trung bình ảnh hưởng: SS 160 mg/L, COD 448 mg/L, TP 4 mg/L.

Phần kết luận

Việc tích hợp-các công nghệ mương oxy hóa thiếu oxy và sục khí vi xốp giúp cải thiện đáng kể việc loại bỏ nitơ và phốt pho. Những nỗ lực trong tương lai nên tập trung tối ưu hóa tuổi bùn, lượng oxy hòa tan và tỷ lệ hồi lưu bùn để nâng cao hơn nữa hiệu quả xử lý.