Từ phòng thí nghiệm đến ứng dụng quy mô lớn-với tốc độ 300.000 m³/d, công nghệ này giải quyết vấn đề khử nitrat trong nước thải với tỷ lệ carbon-to{4}}nitơ thấp như thế nào?
Đối với những người làm việc trong ngành xử lý nước thải, hiện có một thách thức kép: một mặt, các tiêu chuẩn xả nước thải đô thị liên tục được thắt chặt, cùng với-yêu cầu ngày càng tăng về việc loại bỏ tổng nitơ và tổng phốt pho, khiến quá trình khử nitrat trở nên cần thiết đối với ngành này; mặt khác, tỷ lệ carbon-trên-nitơ thấp lại phổ biến trong nước thải đô thị ở Trung Quốc. Các quy trình truyền thống dựa vào nguồn carbon bên ngoài để đảm bảo hiệu quả khử nitrat, điều này không chỉ làm tăng đáng kể chi phí vận hành mà còn gây thêm áp lực phát thải carbon, mâu thuẫn với mục tiêu chiến lược "carbon kép".
Trong các quy trình AAO truyền thống, hầu hết các nguồn carbon hữu cơ trong nước thải đều bị lãng phí thông qua sục khí và oxy hóa ở giai đoạn hiếu khí, khiến không đủ nguồn carbon cho quá trình khử nitrat, gây khó khăn cho việc đáp ứng nhu cầu chuyển đổi của ngành là “cải thiện chất lượng và hiệu quả + giảm ô nhiễm và lượng khí thải carbon”. Quy trình Anaerobic-Oxic-Anoxic (AOA) đang phát triển nhanh chóng, với sức mạnh cốt lõi là đạt được khả năng loại bỏ nitơ và phốt pho sâu mà không cần nguồn carbon bên ngoài, đã dần chuyển từ nghiên cứu trong phòng thí nghiệm sang thực hành kỹ thuật quy mô-lớn, trở thành một "con ngựa đen" phi thường trong ngành xử lý nước thải.
Giải mã cốt lõi: Chỉ là thay đổi trong thứ tự phản ứng, Điều kỳ diệu của AOA là gì?
Nhiều người thắc mắc tại sao AOA, so với quy trình AAO truyền thống, chỉ đảo ngược thứ tự phản ứng "hiếu khí" và "thiếu oxy", đạt được bước đột phá về chất. Câu trả lời nằm ở cơ chế loại bỏ nitơ và phốt pho được điều khiển bằng nguồn carbon bên trong-sau đó là "lưu trữ đầu tiên, sau đó sử dụng".
Các quy trình AAO truyền thống (Kỵ khí-Kỵ khí-hiếu khí) sử dụng luồng yếm khí-thiếu oxy-hiếu khí. Hầu hết các nguồn cacbon hữu cơ dễ phân hủy sinh học trong nước thải đều bị oxy hóa và phân hủy bừa bãi trong quá trình sục khí ở giai đoạn hiếu khí. Rất ít carbon thực sự có sẵn để khử nitrat trong giai đoạn thiếu oxy, buộc phải bổ sung các nguồn carbon bên ngoài như natri axetat để lấp đầy khoảng trống, tạo ra một vòng luẩn quẩn “nguồn carbon càng khan hiếm thì chúng càng được bổ sung nhiều; chi phí càng cao thì lượng khí thải carbon càng cao”.
Ngược lại, quy trình AAO, với bố cục kỵ khí-hiếu khí{2}}ba giai đoạn, tái cấu trúc hoàn toàn lộ trình sử dụng nguồn carbon, đảm bảo mọi nguồn carbon đều được sử dụng hiệu quả:
1. Giai đoạn kỵ khí: Khóa cacbon dựa trên nguồn-
COD dễ phân hủy sinh học trong dòng nước thải được ưu tiên chuyển đổi thành nguồn carbon bên trong như PHA và được lưu trữ trong vi sinh vật. Về cơ bản, điều này chuẩn bị trước “đạn khử nitrat” cho các vi sinh vật, ngăn chặn chất thải carbon từ nguồn.
2. Giai đoạn hiếu khí: Nitrat hóa chính xác
Giai đoạn này hoàn thành toàn bộ quá trình nitrat hóa đối với nitơ amoniac. Đồng thời, bằng cách kiểm soát chính xác thời gian sục khí và nồng độ oxy hòa tan, nó ngăn chặn quá trình oxy hóa quá mức nguồn carbon bên trong được lưu trữ trong vi sinh vật, đảm bảo đủ dự trữ cho quá trình khử nitrat tiếp theo.
3. Sau{1}}Giai đoạn thiếu oxy: Khử nitrat nội sinh
Các vi sinh vật sử dụng nguồn carbon bên trong được lưu trữ trước{0}}để hoàn thành quá trình khử nitơ nitrat. Toàn bộ quá trình không phụ thuộc vào nguồn cacbon bên ngoài, giải quyết cơ bản vấn đề khó khăn của ngành là không đủ nguồn cacbon trong nước thải có tỷ lệ-cacbon-to-nitơ thấp.
Xác minh cốt lõi: Từ 100.000 đến 300.000 m³/ngày, các dự án này đã được triển khai và đang cho thấy kết quả.
Hiệu quả của công nghệ được chứng minh bằng thực tiễn kỹ thuật. Hiện tại, quy trình AOA đã được áp dụng trên quy mô lớn tại các nhà máy xử lý nước thải ở nhiều thành phố trên khắp Trung Quốc, bao gồm nhiều tình huống khác nhau như dự án mới, nâng cấp, tác động của mùa mưa và-hoạt động ở nhiệt độ thấp, mang lại kết quả vận hành rất thuyết phục.
Kết quả thử nghiệm sản xuất cho thấy ngay cả trong những điều kiện khắc nghiệt với lượng nước vượt quá 202%, chất lượng nước thải của quy trình AOA không suy giảm đáng kể: tốc độ loại bỏ nitơ amoniac, tổng nitơ và tổng phốt pho chỉ trải qua những dao động nhỏ, có thể kiểm soát được và nồng độ nước thải vẫn nhất quán trong tiêu chuẩn. Chỉ cần điều chỉnh tỷ lệ hồi lưu bùn sơ cấp, tỷ lệ không khí{2}}trên{3}}nước và nồng độ bùn, hệ thống có thể nhanh chóng trở lại hoạt động ổn định, thích ứng hoàn hảo với các điều kiện phức tạp khi lượng nước biến động đáng kể trong mùa mưa.
-Khả năng thích ứng hoàn toàn với kịch bản: Tương thích với trang bị thêm, xử lý các hoạt động ở nhiệt độ-thấp
Bên cạnh các dự án mới, quy trình AOA còn thể hiện tính tương thích mạnh mẽ trong việc nâng cấp các nhà máy xử lý nước thải hiện có. Sau khi hoàn thành rãnh oxy hóa ORBAL 1500 m³/d-trang bị thêm cho quy trình AOA tại một nhà máy xử lý nước thải ở Trùng Khánh, tổng tỷ lệ loại bỏ nitơ đã tăng từ 71,52% của quy trình AAO ban đầu lên 83,01% mà không cần nguồn carbon bên ngoài, đồng thời hiệu quả loại bỏ COD, nitơ amoniac và tổng phốt pho vượt trội toàn diện so với các quy trình truyền thống.
Để giải quyết vấn đề khó khăn của ngành là hoạt động khử nitrat giảm do nhiệt độ mùa đông thấp ở các khu vực phía bắc/cao nguyên, nhà máy xử lý nước thải xử lý AOA với công suất 40.000 m³/ngày ở Quý Dương, hoạt động trong 430 ngày trong điều kiện nhiệt độ nước thấp tới 11 độ, vẫn đạt được hiệu suất loại bỏ nitơ 40% trong vùng sau{5}}anoxic, với tổng lượng nitơ thải ra vẫn ổn định ở mức 4,13 mg/L. So với các nhà máy xử lý nước thải theo quy trình AAO có cùng nguồn nước thải, tổng lượng nitơ trong nước thải giảm 54,62%, mức tiêu thụ điện năng của bể sinh học giảm 24%, mức tiêu thụ hóa chất giảm 39% và lượng bùn sinh ra giảm 7%.
Ngoài các tiêu chuẩn đáp ứng: Tiềm năng nâng cấp trong tương lai của quy trình AOA
Hiện tại, quy trình AOA đã hình thành một hệ thống kỹ thuật tương đối hoàn thiện nhưng tiềm năng của nó còn vượt xa hơn thế. Để đáp ứng nhu cầu phát triển của ngành xử lý nước thải nhằm giảm mức tiêu thụ năng lượng và lượng khí thải carbon thấp hơn, ngành này đã bắt đầu khám phá việc tích hợp quy trình AOA với các công nghệ loại bỏ nitơ mới để khám phá thêm tiềm năng nâng cấp công nghệ.
Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng hệ thống kết hợp công nghệ AOA (Sục khí tự động) với các công nghệ-nitrit hóa cắt ngắn và oxy hóa amoni kỵ khí (ANAO) cho thấy hiệu quả loại bỏ nitơ đặc biệt trong xử lý nước thải đô thị với tỷ lệ COD/TN thấp: Hệ thống tích hợp ANAO-cắt ngắn quá trình nitrat hóa{2}}ANAO dựa trên quy trình AOA, sau khi vận hành ổn định, đạt được nồng độ nitơ tổng trong nước thải đầu ra thấp tới 2,3 mg/L, với tổng tỷ lệ loại bỏ nitơ cao bằng 95,8%; hệ thống dòng chảy liên tục AOA đã được sửa đổi, trong các điều kiện trong đó tỷ lệ COD/TN ảnh hưởng thấp tới 3,2, sẽ đạt được hiệu quả xử lý nâng cao với nước thải TN (4,6±1,5) mg/L và tổng phốt pho (0,2±0,2) mg/L, với khả năng loại bỏ nitơ kết hợp ANAO{10}} chiếm hơn 86%.
Những hoạt động khám phá này mang lại khả năng không giới hạn cho việc hiện thực hóa trong tương lai việc xử lý nước thải gần như{0}}không carbon và gần{1}}tiêu thụ năng lượng bằng quy trình AOA, đồng thời cung cấp hỗ trợ công nghệ cốt lõi cho quá trình chuyển đổi-cácbon thấp trong ngành xử lý nước thải của đất nước tôi.
Phần kết luận
Từ việc giải quyết vấn đề tắc nghẽn trong việc loại bỏ nitơ khỏi nước thải có tỷ lệ cacbon-to-nitơ thấp cho đến việc thích ứng với nhu cầu chuyển đổi của ngành về "cải thiện hiệu quả tổng hợp thông qua giảm ô nhiễm và giảm cacbon", quy trình AOA đã chứng minh giá trị cốt lõi của nó trong lĩnh vực xử lý nước thải thông qua các kết quả kỹ thuật hữu hình. Với sự lặp lại công nghệ liên tục và thúc đẩy-quy mô lớn, quy trình AOA đang trở thành giải pháp được ưu tiên cho việc xây dựng và nâng cấp các nhà máy xử lý nước thải đô thị ở nước tôi, thúc đẩy ngành này chuyển đổi vững chắc từ "đáp ứng các tiêu chuẩn phát thải" sang giai đoạn phát triển-chất lượng cao là "xanh, ít carbon- và cải thiện hiệu suất".