Mặc dù phương pháp AO và phương pháp AAO đều thuộc về phương pháp xử lý nước thải sinh học, nhưng nghiên cứu so sánh của hai phương pháp này rất ít được báo cáo, bài viết này thông qua so sánh chất lượng nước trước và sau khi cải tiến công nghệ của nhà máy xử lý nước thải ở Tế Dương, tiến hành phân tích so sánh đối với hai loại công nghệ xử lý nước thải, cung cấp cơ sở nhất định cho việc lựa chọn công nghệ của nhà máy xử lý nước thải đô thị.

I. Phân tích so sánh hiệu suất loại bỏ AO và AAO

  1, COD loại bỏ hiệu suất so sánh

  Khả năng loại bỏ các chất hữu cơ của công nghệ xử lý nước thải là một trong những chỉ số chính để mô tả hiệu quả của công nghệ, kích thước của COD phản ánh trực tiếp hàm lượng chất hữu cơ trong nước thải.

  Thông qua xử lý dữ liệu, phân biệt đối với nồng độ COD trong nước và nước ra của hai loại công nghệ, tỷ lệ loại bỏ COD, tiến hành kiểm tra sự khác biệt đáng kể, kết quả cho thấy: COD nước ra của hai loại công nghệ không có sự khác biệt đáng kể, COD nước ra, tỷ lệ loại bỏ khác biệt đáng kể, công nghệ AAO loại bỏ COD rõ ràng tốt hơn công nghệ AO.

  Nguyên nhân là trong quá trình AO, phản ứng khử nitri hóa của đoạn thiếu oxy có thể tiêu thụ một phần chất hữu cơ trong nước thải, nhưng phần lớn chất hữu cơ được loại bỏ thông qua phân hủy hiếu khí, trong khi thời gian lưu trú thủy lực của đoạn hiếu khí công nghệ AO của công trình giai đoạn I của nhà máy xử lý nước thải Quận Tế Dương ngắn, dung tích bể sục khí nhỏ, lượng sục khí không đủ, dẫn đến hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ không tốt.

  Trong quá trình AAO, phần lớn các chất hữu cơ trong đoạn kỵ khí được vi khuẩn polyphosphorus chuyển đổi thành PHB được lưu trữ trong tế bào, một phần các chất hữu cơ trong đoạn thiếu oxy được loại bỏ thông qua phản ứng desnitrification, khi nước thải đi vào đoạn hiếu khí, nồng độ COD đã cơ bản gần với tiêu chuẩn phát thải, trong đoạn hiếu khí sẽ được phân hủy hơn nữa.

  Các nghiên cứu cho thấy, tỷ lệ loại bỏ COD của đoạn kỵ khí của quá trình AAO có thể đạt đến trên 80%, trong khi tỷ lệ loại bỏ của đoạn thiếu oxy trung bình dưới 10%.

2, So sánh hiệu suất khử nitơ

  Trong những năm gần đây, với mức độ giàu dinh dưỡng của chất lượng nước môi trường không ngừng tăng lên và tiêu chuẩn thải nước thải không ngừng tăng lên, việc tìm kiếm một công nghệ khử nitơ hiệu quả đã trở thành một trong những vấn đề quan trọng trong thiết kế nhà máy xử lý nước thải hiện tại. Quá trình AAO và quá trình AO đều có chức năng khử nitơ sinh học, và cả hai quy trình đều có cùng một nguyên tắc khử nitơ, đều là khử nitơ hóa.

  Thông qua thí nghiệm về sự khác biệt đáng kể về nồng độ TN và tỷ lệ loại bỏ TN trong nước thải của hai loại công nghệ, kết quả cho thấy: không có sự khác biệt đáng kể về TN trong nước thải của hai loại công nghệ, sự khác biệt đáng kể về tỷ lệ loại bỏ TN trong nước thải của công nghệ AAO, công nghệ AAO rõ ràng tốt hơn công nghệ AO.

  Trong quá trình khử nitơ, nitơ nitrat là chất chính trong tổng nitơ nước thải, tỷ lệ loại bỏ nitơ nitrat trong giai đoạn thiếu oxy có thể cao hơn 90%. Có nghiên cứu chỉ ra rằng, kiểm soát nồng độ nitrat trong nước thải ở khu vực thiếu oxy là 1mg / L ~ 2mg / L, có thể tăng tối đa tỷ lệ loại bỏ TN, và có thể tận dụng đầy đủ COD để cải thiện khả năng khử nitrat ở khu vực thiếu oxy. Trong dung dịch hỗn hợp của khu vực hiếu khí có chứa một lượng lớn nitơ, thông qua tuần hoàn nội lưu ngược vào khu vực thiếu oxy, trong khu vực thiếu oxy tiến hành phản ứng khử nitrat.

  HRT của đoạn thiếu oxy của công nghệ AO của nhà máy xử lý nước thải Tế Dương quá ngắn, chỉ 1,8h, ít hơn 3,46h của công nghệ AAO, và tỷ lệ lưu ngược nội bộ là 50% ~ 100%, ít hơn 150% ~ 250% của công nghệ AAO, dẫn đến chức năng khử nitơ kém hơn AAO. Hơn nữa, hiệu quả khử nitơ của quá trình AO không ổn định so với quá trình AAO và bị ảnh hưởng nhiều bởi các yếu tố bên ngoài (nhiệt độ, tỷ lệ C / N, vv).

3, so sánh hiệu suất loại bỏ phosphorus

  Hàm lượng phốt pho trong nước vượt quá tiêu chuẩn, cũng sẽ dẫn đến sinh sản vi sinh vật, sinh vật phù du phát triển mạnh mẽ, xuất hiện trạng thái giàu dinh dưỡng. Sự xuất hiện của công nghệ khử phốt pho bằng khử nitri là một bước đột phá đối với lý thuyết khử phốt pho sinh học truyền thống, không chỉ có thể giải quyết các vấn đề mâu thuẫn tồn tại trong công nghệ truyền thống, mà còn có lợi cho việc xử lý nước thải bền vững.

  Thông qua thí nghiệm về sự khác biệt đáng kể về nồng độ TP và tỷ lệ loại bỏ TP trong nước thải của hai loại công nghệ, kết quả cho thấy: không có sự khác biệt đáng kể về TP trong nước thải của hai loại công nghệ, sự khác biệt đáng kể về TP và tỷ lệ loại bỏ trong nước thải, công nghệ AAO loại bỏ TP rõ ràng tốt hơn công nghệ AO.

  Nguyên nhân là công nghệ AO của dự án giai đoạn I của nhà máy xử lý nước thải quận Tế Dương không thiết lập phần giải phóng phốt pho kỵ khí, trong khi trong quá trình loại bỏ phốt pho sinh học, vi khuẩn polyphosphorus chỉ có thể giải phóng phốt pho đầy đủ trong phần kỵ khí, mới có thể đảm bảo hiệu quả hấp thụ phốt pho tốt trong phần thiếu oxy, phần hiếu khí, công nghệ này loại bỏ phốt pho chỉ thông qua tác dụng đồng hóa của vi sinh vật.

  Việc loại bỏ phốt pho trong quá trình AAO chủ yếu được thực hiện bởi vi khuẩn polyphosphorus. Nói chung, lượng phốt pho hấp thụ bởi vi khuẩn polyphosphorus trong phần thiếu oxy và phần hiếu khí nhiều hơn lượng phốt pho giải phóng trong phần kỵ khí. Các nghiên cứu cho thấy, tỷ lệ lượng phốt pho hấp thụ trung bình và lượng phốt pho thải trung bình của công nghệ AAO là 1,28 và lượng phốt pho hấp thụ trong giai đoạn thiếu oxy cao hơn lượng phốt pho hấp thụ trong giai đoạn hiếu khí.

4, Loại bỏ kết quả so sánh hiệu suất

  Tóm lại, các chất hữu cơ, nitơ, phốt pho loại bỏ công nghệ AAO rõ ràng tốt hơn so với công nghệ AO, đặc biệt là loại bỏ phốt pho, bởi vì công nghệ AO không có đoạn kỵ khí, chỉ có thể loại bỏ một phần nhỏ phốt pho thông qua tác dụng đồng hóa của vi sinh vật, vì vậy không nên chọn loại bỏ phốt pho công nghệ này hoặc tăng hóa chất loại bỏ phốt pho.

Tác động của nhiệt độ đối với khử nitơ và phốt pho của AO và AAO

  Tác động của nhiệt độ đối với việc loại bỏ COD của hai loại công trình

  Nhiệt độ không ảnh hưởng nhiều đến việc loại bỏ COD trong quá trình AAO, ngay cả khi nhiệt độ dưới 5 độ C, tỷ lệ loại bỏ COD cũng có thể đạt hơn 85%, điều này cho thấy nhiệt độ không ảnh hưởng nhiều đến chất hữu cơ chuyển đổi của vi khuẩn polyphosphorus.

  Việc loại bỏ COD trong quá trình AO thường có xu hướng tăng nhiệt độ, giảm từ 5 đến 15 độ C, sau đó tăng lên.Điều này có thể là do khi khí hậu ở nhiệt lạnh thay đổi, số lượng vi khuẩn trong hệ thống và cấu trúc của nó sẽ thay đổi, quần thể ưu thế trong hệ thống dần dần thay đổi từ quần thể vi khuẩn thích một nhiệt độ sang quần thể vi khuẩn thích một nhiệt độ khác, do đó ảnh hưởng đến khả năng xử lý chất hữu cơ.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với hai loại quá trình khử nitơ

  Tác động của nhiệt độ đối với cả hai loại công nghệ khử nitơ là khá rõ ràng, cả hai loại công nghệ đều tăng nhiệt độ, tỷ lệ loại bỏ TN được cải thiện đáng kể.——Đặc biệt, trong quá trình AO, tốc độ loại bỏ TN tăng gần như tuyến tính khi nhiệt độ cao hơn 15 độ C.

  Nhiệt độ tăng cường hiệu suất khử nitơ của hai loại công nghệ, một mặt là bởi vì nhiệt độ tăng có lợi cho sự phát triển sinh sản của vi sinh vật bùn hoạt tính, nâng cao hiệu quả đồng hóa các nguyên tố nitơ; mặt khác là bởi vì nhiệt độ tăng cũng tăng cường hoạt động trao đổi chất của vi khuẩn nitrat hóa và vi khuẩn desnitrat hóa trong hệ thống, làm tăng khả năng khử nitơ hóa của hệ thống.

  Người ta thường cho rằng nhiệt độ phát triển thích hợp nhất cho vi khuẩn nitrat là 25-30 độ C. Khi nhiệt độ dưới 15 độ C, tốc độ nitrat hóa giảm đáng kể, hoạt động của vi khuẩn nitrat hóa cũng giảm đáng kể. Khi nhiệt độ thấp hơn 5 độ C, hoạt động sống của vi khuẩn nitrat gần như dừng lại.

  Điều đáng chú ý là, đôi khi ngay cả ở trạng thái nhiệt độ thấp (dưới 5 độ), tỷ lệ loại bỏ TN của hai hệ thống sẽ không thấp hơn 40%, điều này cho thấy ở nhiệt độ thấp, hai hệ thống chủ yếu dựa vào sự đồng hóa của vi sinh vật trong bùn hoạt tính để khử nitơ.

Ảnh hưởng của nhiệt độ đối với hai loại loại loại bỏ phốt pho công nghệ

  Từ tình hình thực tế, nhiệt độ tăng tốc độ loại bỏ phosphorus của quá trình AAO được cải thiện tương ứng, đặc biệt là sau khi nhiệt độ cao hơn 20 độ C, tốc độ loại bỏ TP có xu hướng ổn định.

  Điều này là bởi vì mấu chốt của việc loại bỏ phốt pho sinh học là dựa vào hoạt động loại bỏ phốt pho của vi khuẩn polyphosphorus, trong khi nhiệt độ tăng lên có lợi cho việc tăng hoạt động của vi khuẩn polyphosphorus và tăng tỷ lệ loại bỏ phốt pho.

  Trong khi đó, quy luật loại bỏ phốt pho của quá trình AO với sự thay đổi nhiệt độ không mạnh, không có mối tương quan rõ ràng.Điều này là bởi vì công nghệ AO không có đoạn kỵ khí, không có điều kiện sống sót của vi khuẩn polyphosphorus, việc loại bỏ phosphorus chỉ dựa vào tác dụng đồng hóa của vi sinh vật, vì vậy nhiệt độ không ảnh hưởng nhiều đến tác dụng đồng hóa của vi sinh vật trong công nghệ.

Ảnh hưởng của tỷ lệ C / N nước vào đối với khử nitơ và phốt pho của AO và AAO

  Tỷ lệ C / N của nước vào ảnh hưởng đến việc loại bỏ COD của hai loại công nghệ

  Đối với quá trình AAO, tỷ lệ loại bỏ COD về cơ bản vẫn ổn định bất kể tỷ lệ C / N.

  Có dữ liệu cho thấy, hầu hết COD trong khu vực kỵ khí được sử dụng bởi vi khuẩn polyphosphorus để tổng hợp thành PHA trong tế bào, tỷ lệ sử dụng trung bình là 75%-85%, khoảng 10% COD đi vào khu vực thiếu oxy, hầu như không có chất hữu cơ dễ phân hủy sinh học còn lại đi vào khu vực hiếu khí, do đó, quá trình này có thể đạt được sử dụng đầy đủ các nguồn carbon nước vào, ít bị ảnh hưởng bởi tác động của chất hữu cơ tải.

  Tỷ lệ C/N có ảnh hưởng nhất định đến việc loại bỏ COD trong quá trình AO. Thông qua dữ liệu của nhà máy xử lý nước thải Tế Dương, sau khi tỷ lệ C / N lớn hơn 10, cùng với tỷ lệ C / N tăng lên, tỷ lệ loại bỏ COD giảm một mức nhỏ, tải trọng chất hữu cơ đối với hệ thống tạo ra tác động.

  Ảnh hưởng của tỷ lệ C / N của nước vào đối với khử nitơ của hai loại công nghệ

  Công nghệ A / O tăng lên với tỷ lệ C / N, tỷ lệ loại bỏ TN giảm gần như tuyến tính, nồng độ chất hữu cơ ảnh hưởng nghiêm trọng đến tỷ lệ sản xuất của quá trình nitrat hóa.

  Điều này là bởi vì vi khuẩn nitrat hóa là vi khuẩn tự nuôi dưỡng, nồng độ chất hữu cơ không phải là yếu tố hạn chế sự phát triển của nó, nồng độ chất hữu cơ quá cao sẽ làm cho tốc độ sinh sản nhanh vi khuẩn dị dưỡng sinh sản nhanh chóng, ưu tiên sử dụng oxy trong nước, vi khuẩn tự nuôi không đạt được lợi thế, hoạt động bị ức chế, ảnh hưởng đến quá trình tiến hành phản ứng nitrat hóa.

  Trong quá trình AAO, dữ liệu thực nghiệm cho thấy, khi tỷ lệ C / N nước vào tăng từ 5 lên 9, tỷ lệ loại bỏ TN tăng đều đặn, khi tỷ lệ C / N là 8,9, tỷ lệ loại bỏ TN lên đến 83,2%, tuy nhiên khi tỷ lệ C / N tăng từ 9 lên 14, tỷ lệ loại bỏ TN không tăng mà giảm.

  Trong một khoảng tăng trưởng nhất định, tỷ lệ loại bỏ TN cũng tăng đều đặn, nhưng khi tỷ lệ C / N tăng lên một giá trị nhất định, và tỷ lệ loại bỏ TN đạt đến mức cao nhất, tỷ lệ loại bỏ TN giảm theo tỷ lệ C / N tăng.

  Nguyên nhân chính tương tự như quá trình AO, tỷ lệ C / N tăng dẫn đến số lượng vi khuẩn tự nuôi trong hệ thống ngày càng ít, hiệu quả nitrat giảm, do đó giảm tỷ lệ loại bỏ nitơ tổng thể. Các dữ liệu cho thấy tỷ lệ C / N lý thuyết tối thiểu để thực hiện desnitrification hoàn toàn trong trường hợp không có nguồn carbon trong lưu trữ là 2,86, nhưng giá trị thực tế cần thiết lớn hơn nhiều so với con số này.

Tỷ lệ C / N của nước vào ảnh hưởng đến hai loại loại công nghệ loại bỏ phốt pho

  Tỷ lệ C / N có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả loại bỏ phốt pho của công nghệ AAO, dữ liệu thử nghiệm cho thấy, khi tỷ lệ C / N nước vào tăng từ 5 lên 9, tỷ lệ loại bỏ TP tăng dần.

  Điều này chủ yếu là do nguồn carbon nước vào không đủ khi tỷ lệ C / N thấp, trong khi bùn hồi lưu chứa một lượng lớn nitrat, nitrat tiêu thụ một lượng lớn COD, do đó dẫn đến sự phóng xạ phốt pho không đầy đủ trong khu vực kỵ khí, tỷ lệ loại bỏ phốt pho của hệ thống giảm.

  Trong khi đó, khi tỷ lệ C / N nước vào tăng từ 9 lên 14, tổng tỷ lệ loại bỏ phốt pho giảm, đặc biệt là khi tỷ lệ C / N lớn hơn 11, tổng tỷ lệ loại bỏ phốt pho giảm gần như tuyến tính.

  Điều này là bởi vì ở mức tải hữu cơ tương đối cao, chất hữu cơ trong nước không thể được sử dụng hoàn toàn bởi vi khuẩn polyphosphorus trong đoạn kỵ khí, trong khi chất hữu cơ dư thừa sẽ thúc đẩy sự phát triển của vi khuẩn polyphosphorus, do đó dẫn đến tỷ lệ vi khuẩn polyphosphorus trong bùn hoạt tính giảm, ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ phốt pho.

  Tỷ lệ C / N của nước vào không ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả loại bỏ phốt pho của công nghệ AO, chủ yếu là do việc loại bỏ phốt pho của công nghệ AO chỉ thông qua tác dụng đồng hóa của vi sinh vật, trong khi tỷ lệ C / N ảnh hưởng đến tác dụng đồng hóa không lớn.

Ảnh hưởng của tỷ lệ C / P nước vào đối với khử nitơ và phốt pho của AO và AAO

  Tỷ lệ C / P nước vào ảnh hưởng đến việc loại bỏ COD của hai loại công nghệ

  Dữ liệu thử nghiệm cho thấy, tỷ lệ loại bỏ COD của công nghệ AO không có tính quy luật mạnh mẽ với sự thay đổi của tỷ lệ C / P, không có mối tương quan rõ ràng, có thể thấy tỷ lệ C / P không phải là yếu tố chính ảnh hưởng đến hiệu quả loại bỏ chất hữu cơ của công nghệ AO.

  Đối với quá trình AAO, bất kể tỷ lệ C / P của nước vào thay đổi như thế nào, tỷ lệ loại bỏ COD của nó đều cao hơn 85%.

  Các nghiên cứu liên quan chỉ ra rằng, hơn 79% COD được tiêu thụ trong khu vực kỵ khí, được sử dụng để tổng hợp PHA lưu trữ bên trong tế bào, trong khi trong khu vực thiếu oxy 6%-11% COD được sử dụng cho sự phát triển tế bào và tiêu thụ khử nitơ hóa, trong khu vực hiếu khí hầu như không xuất hiện tiêu thụ COD, bởi vì sau khi tế bào chết, các chất khó phân hủy như thành tế bào lại đi vào hỗn hợp, làm tăng COD.

Ảnh hưởng của tỷ lệ C / P nước vào đối với khử nitơ của hai loại công nghệ

  Tỷ lệ C / P ảnh hưởng đến hiệu quả khử nitơ trong quá trình AO không có quy luật rõ ràng, tỷ lệ loại bỏ TN có độ dao động lớn.Điều này có thể là do các yếu tố khác ngoài tỷ lệ C / P có ảnh hưởng tốt hơn đến quá trình khử nitơ của AO so với tỷ lệ C / P.

  Tỷ lệ C / P không ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu quả khử nitơ của quá trình AAO, mặc dù tỷ lệ C / P thay đổi lớn, nhưng tỷ lệ loại bỏ TN tương đối ổn định.

  Điều này chủ yếu là bởi vì nước thải nói chung tỷ lệ C / P tương đối cao, quá nhiều COD đi vào khu vực thiếu oxy sẽ ức chế sự hấp thụ phốt pho, trong khi trong khu vực thiếu oxy tỷ lệ C / N luôn cao hơn giá trị tối thiểu nhu cầu thực tế, vi khuẩn desnitrification sẽ sử dụng nguồn carbon bên ngoài quá nhiều để nhanh chóng desnitrification, không ảnh hưởng đến việc loại bỏ TN.

Tỷ lệ C / P của nước vào ảnh hưởng đến việc loại bỏ phốt pho của hai loại công nghệ

  Trong quá trình AAO, khi tỷ lệ C / P thấp hơn 80, tỷ lệ loại bỏ phốt pho dao động đáng kể. Khi tỷ lệ C / P cao hơn 80, tỷ lệ loại bỏ phốt pho ổn định ở trên 85%, nồng độ phốt pho nước thải nhỏ hơn 0,5 mg / L, hệ thống về cơ bản không còn bị ảnh hưởng bởi các yếu tố khác nữa,

  Điều này là do khi tỷ lệ C / P cao, nguồn carbon cung cấp bởi nước nhập cao hơn lượng carbon cần thiết để giải phóng phốt pho trong khu vực kỵ khí, do đó tỷ lệ loại bỏ phốt pho cao hơn. Khi C / P thấp, bị hạn chế bởi COD, khả năng hấp thụ phốt pho của vi khuẩn polyphosphorus giảm, dẫn đến hiệu quả loại bỏ phốt pho thấp.

  Đối với công nghệ AO, tác động của tỷ lệ C / P đối với hiệu quả loại bỏ phốt pho của nó không có quy luật rõ ràng, điều này cho thấy tác động của tỷ lệ C / P đối với tác dụng đồng hóa của vi sinh vật không lớn.