Tổng lượng phốt pho dư thừa trong nước thải là một trong những vấn đề rắc rối nhất trong hệ thống AAO. Khi xử lý sự cố, người ta thường cân nhắc: Nguồn carbon có đủ không? Bùn có ở tình trạng tốt không? Có nên bổ sung thêm hóa chất loại bỏ phốt pho?
Những hướng dẫn này đều đúng nhưng có một nguyên nhân dễ bị bỏ qua-lâu dài-thông khí quá mức.
Có một nhận thức chung trong ngành: độ sục khí càng lớn và lượng oxy hòa tan (DO) càng cao thì khả năng hấp thụ phốt pho hiếu khí càng mạnh và hệ thống loại bỏ phốt pho càng ổn định. Thực tế không phải vậy-việc sục khí quá mức có thể âm thầm làm suy yếu hiệu quả của việc loại bỏ phốt pho sinh học, khiến nó trở thành "kẻ giết người vô hình". Nó sẽ không khiến hệ thống sụp đổ ngay lập tức mà sẽ dần dần làm suy yếu “sức sống” của vi khuẩn tích tụ polyphosphate{3}}, cuối cùng dẫn đến một hiện tượng đặc biệt khó hiểu: phần kỵ khí vẫn bình thường nhưng tổng lượng phốt pho trong nước thải vẫn tiếp tục vượt quá tiêu chuẩn.
I. Loại bỏ phốt pho sinh học chính xác là gì?
Quá trình AAO dựa vào một loại vi khuẩn gọi là vi khuẩn tích lũy polyphosphate{0}}để loại bỏ phốt pho. Chúng thực hiện hai quá trình xen kẽ trong môi trường kỵ khí và hiếu khí:
Giai đoạn kỵ khí: Vi khuẩn tích lũy polyphosphate (PAB) trước tiên phân hủy polyphosphate trong tế bào của chúng, giải phóng phốt phát vào nước và thu năng lượng. Sau đó, chúng sử dụng năng lượng này để hấp thụ các axit béo chuỗi ngắn-(chẳng hạn như axit axetic) từ nước thải, chuyển chúng thành PHB để lưu trữ.
Giai đoạn hiếu khí: PPB phân hủy PHB trong tế bào của chúng để thu năng lượng. Sau đó, chúng sử dụng năng lượng này để hấp thụ một lượng lớn phốt phát từ nước, tổng hợp polyphosphate và lưu trữ chúng lại trong tế bào.
Cuối cùng, việc loại bỏ phốt pho đạt được thông qua việc loại bỏ bùn: PPB giàu phốt pho{0}}được đưa ra khỏi hệ thống thông qua việc xả bùn dư thừa, do đó loại bỏ phốt pho khỏi nước.
Điểm mấu chốt của toàn bộ quá trình rất rõ ràng: Lượng PHB được tổng hợp trong giai đoạn kỵ khí quyết định trực tiếp lượng phốt pho có thể được hấp thụ trong giai đoạn hiếu khí. Dự trữ PHB đủ sẽ giúp hấp thụ đủ phốt pho; dự trữ PHB không đủ làm giảm khả năng hấp thụ phốt pho.
II. Điều gì bị phá hủy bởi sục khí quá mức?
Trong điều kiện sục khí bình thường, lượng oxy hòa tan trong bể hiếu khí được duy trì ở mức hợp lý. PPB sẽ tiêu thụ PHB khi cần thiết, ưu tiên sử dụng nó để hấp thụ phốt pho, dẫn đến loại bỏ phốt pho ổn định.
Tuy nhiên, vấn đề nảy sinh khi sục khí quá mức và lượng oxy hòa tan trong vùng hiếu khí vẫn ở mức cao: Khi lượng oxy hòa tan quá cao, vi khuẩn tích lũy polyphosphate (PAB) không chỉ sử dụng PHB để hấp thụ phốt pho mà còn tiêu thụ một lượng lớn PHB để "duy trì quá trình trao đổi chất cơ bản của chính chúng". Đây là hiện tượng khó hiểu nhất được quan sát thấy tại-địa điểm: việc giải phóng phốt pho trong vùng kỵ khí là hoàn toàn bình thường, nhưng tổng lượng phốt pho trong nước thải sẽ không giảm.
Nguyên nhân thực ra không phức tạp: quá trình "lưu trữ thực phẩm" ở vùng kỵ khí không bị ảnh hưởng, nhưng ở vùng hiếu khí, PHB của PPA bị tiêu thụ quá mức, khiến không đủ năng lượng để hấp thụ phốt pho ở quy mô lớn. Không thể hấp thụ phốt pho từ nước, một số PPA thậm chí sẽ giải phóng phốt pho theo quá trình ngược lại, cuối cùng dẫn đến nồng độ phốt phát quá mức trong nước thải.
III. Trường hợp thực tế: Sục khí không được kiểm soát, hiệu quả loại bỏ phốt pho giảm mạnh
Một tập hợp-dữ liệu đo lường tại chỗ minh họa rõ ràng vấn đề: Tại một nhà máy xử lý nước thải, DO ở đầu bể hiếu khí được kiểm soát ở mức khoảng 2 mg/L (trong phạm vi hợp lý), nhưng không có biện pháp kiểm soát cụ thể nào ở cuối bể và việc sục khí quá mức khiến DO ở đầu bể tăng vọt lên hơn 5 mg/L.
Kết quả là khả năng loại bỏ phốt pho của hệ thống suy giảm nhanh chóng: Mức photphat thải ra tăng từ mức bình thường 0,37 mg/L lên 5,7 mg/L; tỷ lệ loại bỏ phốt pho sinh học giảm mạnh, gần như thất bại hoàn toàn.
Sau đó, nhân viên bảo trì đã ổn định lượng oxy hòa tan (DO) trong toàn bộ bể hiếu khí ở mức 2-3 mg/L và hệ thống dần dần phục hồi. Sau khoảng hai tuần vận hành ổn định, nồng độ phốt pho trong nước thải giảm xuống còn 0,89 mg/L và hiệu suất loại bỏ phốt pho trở về giá trị thiết kế.
Sự suy thoái loại bỏ phốt pho do sục khí quá mức không thể được khắc phục ngay sau khi điều chỉnh các thông số.
Khi PHB được tiêu thụ quá mức,-vi khuẩn tích lũy polyphosphate sẽ chuyển sang trạng thái "hô hấp nội sinh"-chúng bắt đầu phân hủy vật liệu tế bào của chính mình để tồn tại, gây tổn hại đến hoạt động chung của cộng đồng vi khuẩn. Để-thiết lập lại khả năng loại bỏ phốt pho ổn định, hệ thống cần có đủ thời gian để vi khuẩn tích lũy polyphosphate-sinh sản và-tích lũy PHB. Quá trình này thường mất vài ngày đến vài tuần, tùy thuộc vào mức độ thiệt hại. Đây cũng là lý do chính khiến nhiều cây trồng không thấy kết quả sau khi điều chỉnh sục khí-không phải do điều chỉnh sai mà là chưa đúng thời điểm.
IV. 3 tình huống này có nhiều khả năng gây ra tình trạng sục khí quá mức-không được chú ý nhất
1. Những ngày mưa hoặc-Tải trọng nước thải thấp: Khi trời mưa hoặc lượng nước thải công nghiệp ít hơn bình thường, nồng độ chất hữu cơ trong nước thải giảm đáng kể. Bùn tiêu thụ ít oxy hơn nên lượng oxy cần thiết cũng thấp hơn. Nếu tốc độ sục khí giữ nguyên thì lượng oxy sẽ không được sử dụng, khiến lượng oxy hòa tan (DO) tăng liên tục và làm cạn kiệt PHB của vi khuẩn tích tụ polyphosphate. Nếu tốc độ sục khí không được điều chỉnh kịp thời sau khi tải lượng dòng vào giảm và tốc độ sục khí cao được duy trì trong thời gian dài thì hiệu ứng "ếch sôi" của việc sục khí quá-là nguy hiểm nhất. Hiệu quả loại bỏ phốt pho có thể giảm dần trong vài tháng cho đến khi đột ngột vượt quá tiêu chuẩn.
2. Chỉ chú trọng mặt trước, bỏ qua mặt sau: Nhiều nhà máy chỉ lắp đặt đầu dò DO ở mặt trước của bể hiếu khí. Họ cảm thấy yên tâm khi DO ở phần đầu xe có vẻ bình thường, nhưng quá{2}}sục khí thường xuyên xảy ra ở các ngăn phía sau. Trên thực tế, khi tốc độ sục khí tổng thể quá cao, phần sau của bể hiếu khí là nơi DO có nhiều khả năng cao nhất và đó cũng là nơi PHB “cuối cùng đã cạn kiệt”.
V. Những đề xuất thiết thực
1. Thay đổi thói quen “sục khí càng cao càng tốt”
Mức oxy hòa tan (DO) được khuyến nghị trong bể hiếu khí là từ 2-3 mg/L và tránh vượt quá 4 mg/L trong thời gian dài. Đặc biệt chú ý đến lượng oxy hòa tan ở cuối bể hiếu khí chứ không chỉ ở mức thượng nguồn.
2. Chủ động giảm lượng sục khí trong thời gian-tải thấp
Trong trường hợp trời mưa hoặc nồng độ nước thải thấp, hãy giảm tốc độ sục khí ngay lập tức để duy trì lượng PHB dự trữ của vi khuẩn tích tụ polyphosphate.
3. Có cách tiếp cận khác khi điều tra tổng lượng phốt pho dư thừa
Nếu phốt pho giải phóng trong giai đoạn kỵ khí là bình thường nhưng phốt pho trong nước thải vẫn cao, hãy kiểm tra xem có sục khí quá mức không. Đồng thời kiểm tra thời gian lưu của bể lắng thứ cấp, DO mang theo hồi lưu, lượng nitơ nitrat quá mức và lượng bùn thải ra đủ. Đừng thêm ngay một lượng lớn hóa chất loại bỏ phốt pho-điều này sẽ làm tăng chi phí và có thể che giấu vấn đề thực sự.
4. Hãy kiên nhẫn sau khi điều chỉnh DO
Sau khi xác nhận rằng sục khí quá mức đang làm suy giảm khả năng loại bỏ phốt pho, hãy giảm mức DO và để hệ thống một thời gian. Việc điều chỉnh thông số thường xuyên thực sự có thể gây sốc liên tục cho cộng đồng vi khuẩn, làm chậm quá trình phục hồi của chúng.
5. Ngăn chặn "Dòng oxy ngược" Nếu nước có hàm lượng DO cao-từ bể hiếu khí đi vào bể kỵ khí hoặc thiếu khí thông qua quá trình tuần hoàn bùn hoặc tuần hoàn dung dịch hỗn hợp, nó sẽ phá vỡ môi trường kỵ khí và ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tổng hợp PHB do vi khuẩn tích lũy polyphosphate{2}}. Lý tưởng nhất là hệ thống tuần hoàn phải có vùng đệm thiếu oxy hoặc kiểm soát tỷ lệ tuần hoàn để giảm lượng oxy đưa vào.
Cuối cùng, chìa khóa để loại bỏ phốt pho sinh học bằng AAO không phải là tăng cường sục khí hay chỉ đơn giản là bổ sung nguồn carbon mà là duy trì sự cân bằng của "tài khoản năng lượng" PHB cho vi khuẩn tích lũy polyphosphate.
Sục khí không đủ dẫn đến hấp thu phốt pho không đủ; sục khí quá mức sẽ sớm làm cạn kiệt "các chất lắng đọng" tích tụ polyphosphate của vi khuẩn, làm giảm đáng kể hoặc thậm chí loại bỏ hiệu quả của việc loại bỏ phốt pho sinh học. Trong quá trình vận hành và bảo trì, việc kiểm soát lượng oxy hòa tan trong bể hiếu khí là điều tối quan trọng. Khi tổng lượng phốt pho vượt quá tiêu chuẩn, việc xem xét nhiều lớp và thực hiện các phép đo bổ sung thường hiệu quả hơn việc điều chỉnh các thông số một cách mù quáng hoặc thêm hóa chất.
Lưu ý: PHB là tên viết tắt của axit poly- -hydroxybutyric, là chất lưu trữ năng lượng ở vi khuẩn polyphosphate.