Khi nói đến các công nghệ có vẻ bí ẩn trong xử lý nước thải, quá trình amoni hóa kỵ khí chắc chắn là một trong số đó. Hãy nghĩ mà xem, thông thường chúng ta nghĩ rằng để xử lý nitơ amoniac, hoặc chúng ta cần sục khí mạnh để biến nó thành nitrat (quá trình nitrat hóa hiếu khí), hoặc chúng ta cần tìm một nguồn cacbon để biến nó thành nitơ (khử nitrat). Tuy nhiên, quá trình amoni hóa kỵ khí không lý tưởng. Trong môi trường không có oxy, nó có thể trực tiếp trộn nitơ amoniac với một chất khác gọi là nitrit, và cuối cùng biến nó thành nitơ và thoát ra ngoài. Quá trình này không chỉ tiết kiệm điện cho việc sục khí mà còn tiết kiệm tiền cho việc thêm nguồn cacbon. Nó đơn giản là một "chuyên gia tiết kiệm tiền" trong ngành xử lý nước thải, vì vậy nó đã nhận được sự quan tâm đặc biệt trong những năm gần đây.
Vậy nó thực sự hoạt động như thế nào? Trước tiên, chúng ta cần tìm hiểu về 'người hùng' đằng sau nó - vi khuẩn oxy hóa amoniac kỵ khí. Thứ này không chỉ là bất kỳ loại vi khuẩn thông thường nào. Nó có một tính khí rất kỳ lạ, sợ cả lạnh và nóng, và đặc biệt "otaku". Nó thích ở trong bùn kỵ khí hoặc màng sinh học, và phát triển rất chậm, chậm hơn nhiều so với vi khuẩn trong bùn hoạt tính thông thường của chúng ta. Đôi khi phải mất một tuần để sinh sản. Vì nó phát triển chậm, nên rất khó để phục hồi một khi vi khuẩn bị phá hủy trong hệ thống xử lý.
Quá trình phản ứng cụ thể, nói một cách đơn giản, giống như một 'bữa tiệc phản ứng hóa học'. Vi khuẩn oxy hóa amoniac kỵ khí sử dụng nitơ amoniac (NH4+) làm "nhiên liệu" và nitrit (NO2-) làm "chất oxy hóa", và hai chất này phản ứng bên trong vi khuẩn. Trong số đó, nitơ amoniac mất electron và bị oxy hóa, nitrit nhận electron và bị khử. Cuối cùng, hai "người" này đã gặp nhau ngay lập tức, phần lớn trong số đó biến thành nitơ (N2) và bay vào không khí, trong khi phần nhỏ còn lại có thể biến thành nitrat (NO3-) hoặc nước. Toàn bộ quá trình được thực hiện trong môi trường kỵ khí, không tiêu thụ oxy hoặc thêm các nguồn cacbon bổ sung như glucose. Chẳng phải nó đặc biệt hiệu quả sao?
Tuy nhiên, việc 'bữa tiệc' này có thể diễn ra suôn sẻ hay không bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố. Chúng ta hãy nói về chúng từng cái một.
Đầu tiên, nhiệt độ. Nhiệt độ thoải mái nhất cho vi khuẩn oxy hóa amoniac kỵ khí có lẽ là từ 30 ℃ đến 35 ℃, khi chúng làm việc chăm chỉ nhất. Nếu nhiệt độ quá thấp, chẳng hạn như giảm xuống dưới 15 ℃, hoạt động của vi khuẩn sẽ giảm đi rất nhiều và tốc độ phản ứng sẽ chậm lại đáng kể; Nhưng nếu nhiệt độ quá cao, vượt quá 40 ℃, vi khuẩn có thể bị "bỏng" hoặc thậm chí chết trực tiếp. Vì vậy, trong quá trình vận hành thực tế, đặc biệt là trong các nhà máy xử lý nước thải ở phía bắc, cần phải tìm cách cách nhiệt cho bể phản ứng vào mùa đông, nếu không hiệu quả xử lý chắc chắn sẽ giảm.
Tiếp theo là giá trị pH. Loại vi khuẩn này đặc biệt nhạy cảm với độ axit và độ kiềm, với phạm vi pH tối ưu là khoảng 7,5 đến 8,0, hơi kiềm. Nếu pH quá thấp, chẳng hạn như giảm xuống dưới 6,5, hoặc quá cao, vượt quá 8,5, hoạt động của vi khuẩn sẽ giảm. Điều này là do sự thay đổi pH có thể ảnh hưởng đến hoạt động của các enzyme bên trong tế bào vi khuẩn. Enzyme giống như "công cụ" của vi khuẩn, và nếu các công cụ không hoạt động bình thường, công việc tự nhiên sẽ không thể hoàn thành.
Ngoài ra còn có oxy hòa tan, là "kẻ thù tự nhiên" của vi khuẩn oxy hóa amoniac kỵ khí. Từ 'kỵ khí' trong tên của nó cho thấy rằng nó không thể nhìn thấy oxy. Ngay cả một lượng nhỏ oxy hòa tan trong nước (chẳng hạn như vượt quá 0,1mg/L) cũng có thể ức chế hoạt động của vi khuẩn, và trong những trường hợp nghiêm trọng, thậm chí gây chết vi khuẩn. Vì vậy, oxy phải được kiểm soát chặt chẽ trong bể phản ứng, thường đảm bảo rằng nồng độ oxy hòa tan dưới 0,1mg/L. Điều này đòi hỏi phải thiết kế một phương pháp đầu vào nước hợp lý để tránh không khí lọt vào, và đôi khi cũng cần phải sục khí nitơ để loại bỏ oxy.
Tiếp theo là nồng độ cơ chất, là nồng độ nitơ amoniac và nitrit. Hai chất này là "thức ăn" của vi khuẩn, nhưng không quá nhiều, vì quá nhiều sẽ "nuôi sống" chúng. Nghiên cứu đã phát hiện ra rằng khi nồng độ nitrit vượt quá một giới hạn nhất định (chẳng hạn như 200mg/L trở lên), nó sẽ ức chế hoạt động của vi khuẩn; Nồng độ nitơ amoniac cao cũng không hiệu quả, vì nó cũng có thể có tác dụng ức chế. Hơn nữa, tỷ lệ của hai chất này cũng rất quan trọng. Nói chung, tỷ lệ nồng độ của nitơ amoniac và nitrit phù hợp nhất là từ 1:1 đến 1:1,3, giống như tỷ lệ muối và nước tương thích hợp khi nấu ăn, giúp món ăn ngon hơn.
Ngoài ra, tuổi bùn cũng rất quan trọng. Như đã đề cập trước đó, vi khuẩn oxy hóa amoniac kỵ khí phát triển chậm, vì vậy bùn trong hệ thống phải được "giữ trong thời gian dài hơn", nghĩa là tuổi bùn phải đủ dài, thường được giữ ít nhất 30 ngày, nếu không nó sẽ bị thải ra ngay khi nó phát triển một chút, và số lượng vi khuẩn trong bể sẽ không đủ, điều này có thể không cải thiện hiệu quả xử lý. Đây cũng là lý do tại sao các quá trình amoni hóa kỵ khí chủ yếu sử dụng các thiết bị như lò phản ứng theo mẻ tuần tự (SBR) hoặc giường tầng sôi có thể giữ lại bùn.
Một số chất ức chế cũng có thể gây ra rắc rối, chẳng hạn như kim loại nặng (như đồng, kẽm, crôm), một số loại kháng sinh nhất định và thậm chí cả các hợp chất hữu cơ độc hại từ nước thải, có thể gây hại cho vi khuẩn oxy hóa amoniac kỵ khí. Vì vậy, trước khi vào nước, cần phải làm tốt công việc tiền xử lý và cố gắng loại bỏ những chất độc hại này càng nhiều càng tốt, nếu không vi khuẩn đã được nuôi cấy một cách khó khăn có thể bị "nhiễm độc".
Cuối cùng, thời gian lưu thủy lực không thể bị bỏ qua. Nói một cách đơn giản, nó đề cập đến thời gian nước thải ở trong bể phản ứng. Vì phản ứng oxy hóa amoniac kỵ khí không đặc biệt nhanh và vi khuẩn phát triển chậm, nước thải cần ở trong bể lâu hơn một chút để cho vi khuẩn đủ thời gian để "ăn" nitơ amoniac và nitrit. Nếu thời gian lưu quá ngắn và nước thải chưa được xử lý hoàn toàn trước khi chảy đi, chất lượng nước thải chắc chắn sẽ không đạt tiêu chuẩn.
Ngày nay, công nghệ amoni hóa kỵ khí đã được ứng dụng ở nhiều nơi, chẳng hạn như xử lý nước thải có hàm lượng nitơ amoniac cao như nước rỉ rác từ rác thải và nước thải từ trang trại chăn nuôi, với kết quả đặc biệt tốt. Nhưng nó cũng không phải là vạn năng. Ví dụ, khi nitrat trong nước thải không đủ, nó cần được kết hợp với quá trình nitrat hóa tầm ngắn trước đó. Đầu tiên, một phần nitơ amoniac được chuyển đổi thành nitrit, sau đó vi khuẩn amoniac kỵ khí được sử dụng để xử lý.
Nhìn chung, công nghệ amoni hóa kỵ khí giống như một chuyên gia xử lý nước thải "hiệu quả về chi phí và hiệu quả", nhưng để làm cho nó hoạt động tốt, cần phải điều chỉnh nhiệt độ pH、 Oxy hòa tan được phục vụ tốt, nếu không nó sẽ không sẵn sàng đóng góp. Với sự trưởng thành ngày càng tăng của công nghệ, chúng tôi tin rằng ngày càng có nhiều nhà máy xử lý nước thải sẽ sử dụng nó trong tương lai, làm cho môi trường nước của chúng ta tốt hơn.
