QUA TRÌNH KHỬ PHOSPHO BẰNG SINH học

Quá trình khử P bằng phương pháp sinh học

Khử P nhằm kiểm soát sự phú dưỡng hóa cho nguồn tiếp nhận
Giới hạn xả thải dao động từ 0.1 – 2.0 mg/l phụ thuộc vào nguồn tiếp nhận
Công nghệ xử lý P bằng phương pháp hóa lý: sử dụng phèn sắt, phèn nhôm
Thuận lợi của phương pháp sinh học: Giảm chi phí hóa chất và giảm lượng bùn sinh ra khi so
sánh với phương pháp hóa lý.


Mô tả quá trình

Photpho trong nước thải đầu vào được hấp thụ vào trong tế bào sinh khối, sau đó được loại bỏ
khỏi quá trình từ việc thải bùn dư.

Vi sinh vật tích lũy photpho (PAO
S
) được kích thích tăng trưởng và tiêu thụ photpho trong hệ
thống qua việc sử dụng bể phản ứng có vi sinh PAO
S
chiếm ưu thế so với vi khuẩn khác.

Dạng bể phản ứng được sử dụng cho việc khử photpho gồm có bể kị khí có giá trị

khoảng 0.5
đến 1.0 giờ (xem hình 7-22).

Thể tích của bể kị khí được khuấy trộn để kết hợp với bùn tuần hoàn và nước thải đầu vào.

Bể tiếp xúc kị khí có thể được đặt trước nhiều dạng khác của quá trình tăng trưởng lơ lửng, với
giá trị SRT hiếu khí khoảng 2 đến 40 ngày.

Việc khử photpho trong hệ thống sinh học dựa trên những khả năng sau (Sedlak, 1991):

1. Nhiều vi khuẩn có khả năng dự trữ một lượng dư photpho như polyphotpho trong tế bào của
chúng
2. Dưới điều kiện kị khí, PAO
S
sẽ chuyển hóa những sản phẩm lên men (như axit béo bat hơi)
thành những sản phẩm dự trữ bên trong tế bào, đồng thời phóng thích photpho từ những
polyphotphat được dự trữ.
3. Dưới điều kiện hiếu khí, năng lượng được sinh ra từ phản ứng oxi hoá những sản phẩm dự trữ
và khi đó polyphophat tích lũy trong tế bào tăng lên.

Dạng đơn giản của quá trình xảy ra trong bể phản ứng kị khí và hiếu khí/thiếu khí.
Trong nhiều ứng dụng cho việc khử photpho, bể phản ứng kị khí, đến bể phản ứng thiếu khí và
tiếp theo là bể phản ứng hiếu khí. Phần lớn PAO
S
có thể sử dụng nitrit thay cho oxy để oxi hoá
nguồn cacbon chứa trong chúng.

Qúa trình xảy ra trong vùng kị khí

 Acetate là sản phẩm lên men của bsCOD, những hợp chất hữu cơ hoà tan có thể được tiêu thụ
dễ dàng bởi sinh khối. Dựa trên giá trị

của vùng kị khí, COD chất keo và COD cặn cũng
được thuỷ phân và chuyển hoá thành acetate, nhưng khối lượng thường nhỏ hơn so với sự
chuyển hoá bsCOD.
 Sử dụng năng lượng sẵn có từ polyphotphate tích lũy, PAO
S
đồng hoá acetate và sản sinh ra
những sản phẩm tích lũy PHB (intracellular polyhydroxybutyrate). Một số glucogen chứa
trong tế bào cũng được sử dụng. Đồng thời với sự hấp thu acetate là việc giải phóng
orthophosphate (O-PO
4
), cũng như Mg
2+
, K
+
và Ca
2+

.
 PHB trong PAO
S
tăng trong khi polyphosphate giảm.

Quá trình xảy ra trong vùng hiếu khí/thiếu khí

 PHB tích lũy được chuyển hóa, cung cấp năng lượng từ phản ứng oxi hoá và cung cấp cacbon
cho sinh trưởng tế bào mới.
 Một số glucogen được tạo ra từ sự chuyển hoá PHB.
 Năng lượng được giải phóng từ phản ứng oxi hoá PHB được sử dụng tạo thành các cầu nối
polyphosphate trong tế bào dự trữ, orthophosphate hoà tan (O-PO
4
) được khử khỏi dung dịch
và tạo thành polyphosphate trong tế bào vi khuẩn.
 Cũng như một phần sinh khối được thải bỏ, photpho tích lũy được khử từ bể phản ứng xử lí
sinh học từ việc thải bỏ bùn.










Bể phản ứng kị khí:
PHB tích lũy bên trong,
thủy phân polyphotpho,

và giải phóng Photpho
Bể phản ứng hiếu khí:
Tổng hợp sinh khối và phân hủy,
PHB sử dụng, và làm tăng việc
hấp thu polyphotpho
Lắng
Tuần hoàn bùn hoạt tính
Bùn thải
Đầu vào
Đầu ra

Những trường hợp xảy ra trong vùng kị khí và hiếu khí được mô tả trên biểu đồ hình 7-23.

Phương pháp xủ lý sinh học Photpho

Có 3 dạng khử photpho bằng phương pháp sinh học thường được ứng dụng:

- Phredox: kị khí/hiếu khí A/O
TM
(chỉ có kị khí/hiếu khí)
- A
2
O
TM
(kị khí/thiếu khí/hiếu khí).
- UCT

Sự khác nhau giữa quá trình Phoredox (A/O) và quá trình A
2
O: nitrat hoá không xảy ra trong quá
trình Phoredox (A/O).

Pheredox A/O: SRTs ngắn được ứng dụng để ngăn cản quá trình nitrat hoá. Giá trị SRT mong
muốn khoảng từ 2 đến 3 ngày ở 20
o
C, và 4 đến 5 ngày ở 10
o
C đối với việc khử photpho bằng
phương pháp sinh học không có nitrat hoá (Grady với cộng sự, 1999).

Đối với những nơi ứng dụng nitrat hoá được yêu cầu để phù hợp với nhu cầu thải, quá trình phải
bao gồm: khử nitrat bằng sinh học để ngăn cản lượng dư nitrat từ dòng vào bể phản ứng kị khí

bằng đường tuần hoàn RAS. Vi khuẩn dị dưỡng sẽ sử dụng nitrat để tiêu thụ rbCOD trong vùng
kị khí.

Quá trình A
2
O và UCT là 2 dạng cơ bản của dòng chính hệ thống được dùng cho khử nitrat với
BPR. Trong quá trình A
2
O, tuần hoàn bùn hoạt tính trở lại, mà có chứa nitrat hướng đến vùng kị
khí (xem hình 8-29b). Trong quá trình UCT (xem hình 8-29c), RAS tuần hoàn trực tiếp đến vùng
thiếu khí và hỗn dịch tuần hoàn (được rút ra sau vùng thiếu khí nơi mà nồng độ nitrat là tối thiểu)
Hiếu khí
orthophosphorus
BOD hoà tan
Kị khí
Thời gian
Nồng
độ
đến vùng kị khí. UCT và những q trình tương tự thơng thường được ứng dụng đối với những
nước thải hơi lõang, mà nitrat được thêm vào sẽ có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu quả BPR.

Q trình PhoStrip
TM
kết hợp q trình sinh học và hóa học cho việc khử photpho. Phần lớn
photpho trong bùn họat tính tuần hồn được chuyển đến bể tách khí kị khí nơi mà photpho được
giải phóng ở dạng hòa tan (xem hình 8-30). Trong q trình PhoStrip, hiệu quả khử photpho ít
phụ thuộc vào nồng độ rbCOD đầu vào so với những q trình khử photpho bằng phương pháp
sinh học khác.

Kò khí

Hiếu khí
Đầu vào, Q
Bể lắng 2
Đầu ra, Q
Bùn thải
Bùn hoạt tính tuần hoàn

(a)
Kò khí Thiếu khí
Hiếu khí
Đầu vào, Q
Bể lắng 2
Đầu ra, Q
Bùn thải
Bùn hoạt tính tuần hoàn
Tuần hoàn
(nitrat) hiếu khí

(b)
Đầu vào, Q
Bể lắng 2
Đầu ra, Q
Bùn thải
Bùn hoạt tính tuần hoàn
tuần hoàn thiếu khí
tuần hoàn hiếu khí (nitrat)
Kò khí
Thiếu khí
Hiếu khí

(c)

Hình 8-29 (a) Phoredox (A/O), (b) A
2
O, và (c) UCT

Bể lắng 2
Đầu ra, Q
Bùn thải
Bùn thải
Bểnén bùn
Bùn tuần hoàn
Kò khí
Xửlí hoá chất
Đầu vào
Bùn hoạt tính tuần hoàn
Hiếu khí



Hình 8-30 Qúa trình xử lí sinh học dòng chảy ngang PhoStrip cho việc khử photpho.







Quá trinh thiết kế

Xem xét thiết kế quá trình cho BPR gồm có (1) tính chất nước thải, (2) thời gian tiếp xúc kị khí,
(3) SRT, (4) phương pháp thải bùn, và (5) khả năng thêm hoá chất. Động học phản ứng cho việc
khử BOD, nitrat hoá và khử nitrat giống như đã được mô tả trong phần 8-4 và 8-5.

Tính chất nước thải

Tính chất nước thải gồm có rbCOD là yếu tố cần thiết để đánh giá đềy đủ thiết kế và hiệu quả của
hệ thống BPR. Khử photpho bằng sinh học được bắt đầu từ vùng kị khí nơi mà acetate (và
propionate) được giữ lại bởi những vi khuẩn photpho còn lại và được chuyển hoá thành cacbon
cung cấp năng lượng và sự tăng trưởng trong vùng thiếu khí và vùng hiếu khí phía sau. rbCOD là
nguồn chính của axít béo bay hơi (VFA) đối với những vi khuẩn photpho còn lại. Sự chuyển biến
của rbCOD thành VFAs xảy ra nhanh chóng thông qua sự lên men trong vùng kị khí, và 7 đến
10g acetate kết quả là khoảng 1,0 mgP bị khử do việc khử photpho tăng (Wentzel với cộng sự.,
1989; Wentzel với cộng sự., 1990). Acetate nhiều, tế bào tăng trưởng nhiều, do đó khử photpho
nhiều. Vì những hợp chất hữu cơ là cần thiết đối với việc khử nitrat, lượng rbCOD cân đối với
lượng TKN đầu vào cũng là 1 thông số nước thải quan trọng.


Thời gian tiếp xúc kị khí

Vai trò của vùng tiếp xúc kị khí được mô tả trong phần 7-11. Thời gian lưu là 0,25 đến 1,0 giờ là
phù hợp cho sự lên men của rbCOD. Tính toán hiệu quả của nồng độ MLVSS trong vùng tiếp
xúc kị khí, SRT 1 ngày được đề nghị đối với thiết kế vùng tiếp xúc kị khí(Grady với cộng sự,
1999). Barnard (1984) đã cảnh báo việc sử dụng thời gian tiếp xúc kị khí quá lâu vì khả năng giải
phóng photpho trong bể lắng, photpho giải phóng không kết hợp được với sự hấp thu acetate.
Khi xảy ra sự giải phóng photpho trong bể lắng, vi khuẩn không được tích lũy PHB
(polyhydroxybutyrate) đối với sự oxy hoá trong vùng hiếu khí phía sau. PHB cung cấp năng
lượng cho photpho hấp thu và photpho dư. Từ những nghiên cứu mô hình mẻ SBR, Stephens và
Stensel (1998) tìm thấy sự giải phóng photpho trong bể lắng 2 xảy ra đối với thời gian tiếp xúc kị
khí trên 3 giờ.

Thời gian lưu cặn (SRT)

Hệ thống khử chất dinh dưỡng bằng phương pháp sinh học với SRTs lâu có hiệu quả thấp hơn
đối với BPR có SRT ngắn hơn. Những quá trình với SRT ngắn có sự khử photpho thấp đối với
BOD đầu vào.

Bảng 8-24 Tổng kết tỉ số BOD và COD trên photpho bị khử đối với những quá trình BPR
a

Dạng của quá trình
BPR
b

Tỉ số BOD/P, g
BOD/g P
Tỉ số COD/P, g
COD/g P
SRT, ngày
Phoredox, VIP
15-20
26-34
<8,0
A
2
O, UCT
20-25
34-43
7-15
Bardenpho

>25
>43
15-25
a
Phỏng theo Grady với cộng sự (1999)
b
Xem bảng 8-25

Quá trình thải bùn

Bởi vì photpho được khử trong bùn thải từ quá trình BPR, do đó cần phải xem xét những phương
pháp thải bùn và khả năng tuần hoàn lượng photpho dư trở lại quá trình BPR. Những quá trình kị
khí trong bùn nén và/hoặc có thể sự phân hủy do kết quả giải phóng 1 lượng đáng kể photpho.
Thực chất dòng tuần hòan từ những quá trình này, làm tăng nồng độ photpho đầu vào do đó nhu
cầu lượng rbCOD đầu vào lớn để tạo ra nồng độ photpho đầu ra thấp.

Nén bùn thải bằng tuyển nối khí hòa tan, nén bùn dây đai trọng lực, hoặc trống quay được dùng
nhiều hơn nén bùn bằng trọng lực để giải phóng photpho tối thiểu. Photpho có thể được giải
phóng từ quá trình phân hủy kị khí và hiếu khí cũng tốt. Dựa trên những nghiên cứu phân hủy kị
khí trên mô hình mẻ từ quá trình BPR ở trạm xử lý nước thải Little Patuxent (WWTP) ở Howard
County, MD, chỉ có 20%P được giải phóng. Ở York River, VA, WWTP chỉ có 27% P khử được
giải phóng trong phân hủy kị khí.

Khả năng thêm hoá chất

Nhiều công trình thiết kế BPR có khử photpho bằng cách thêm chất keo tụ. Nước thải đầu vào có
lượng rbCOD không đủ, thêm hóa chất là cần thiết để cung cấp đủ cho việc khử photpho phù hợp
với nhu cầu thải đầu ra. Phèn hoặc muối sắt có thể được dùng và có thể được ứng dụng ở một số
nơi quá trình xử lý dòng chất lỏng. Một số nơi lọc đầu ra được ứng dụng và thêm lượng photpho
để khử xuống mức tối thiểu (nhỏ hơn 2,0 mg/l), hóa chất có thể được thêm và khuấy trộn với lưu

lượng trước khi lọc. hóa chất được thêm trước khi đến bể lắng 2 cũng có thể được thực hiện. Ứng
dụng cho xử lý sơ bộ, phèn và muối sắt có thể được thêm để khử photpho trước khi đến quá trình
xử lý sinh học. Quá trình xử lý sinh học dựa trên việc khử photpho để đạt được nồng độ thấp.
Muối sắt có thể được ưu tiên hơn muối phèn trong một số trường hợp đối với những ứng dụng xử
lý sơ bộ, bởi vì chúng có thuận lợi khi thêm vào khử được sulfide dẫn đến làm giảm mùi.

Việc chọn lựa điểm thêm hóa chất có thể ảnh hưởng đến liều lượng hóa chất. Khi thêm đối với xử
lý bổ sung để đạt được nồng độ photpho đầu ra thấp, muối kim loại được thêm ở liều lượng nhiều
trên tỉ số hóa học lượng pháp, mà lượng lý thuyết cần ở dạng hợp chất kết tủa kim lọai/photpho.
Bằng cách thêm muối kim loại trước quá trình xử lý sinh học, tỉ số hóa học lượng pháp có thể
được dùng để giảm đến mức thấp nhất liều lượng hóa chất cần.

Quá trình điều khiển

Hiệu quả BPR không chỉ dựa trên vị trí vùng kị khí ở trước vùng hiếu khí của quá trình bùn họat
tính và lượng rbCOD trong nước thải đầu ra. Quá trình hoạt động còn bị ảnh hưởng bởi một số
điều kiện họat động bao gồm: (1) hiệu quả khử nitrat trong quá trình mà xảy ra nitrat hóa, (2)
SRT của quá trình, (3) điều khiển oxy hòa tan vào vùng kị khí, (4) photpho trong dòng tuấn hoàn,
và (5) nồng độ cặn lơ lửng đầu ra hệ thống.



Ảnh hưởng của DO và nitrat trên lưu lượng tuần hoàn

Lưu lượng tuần hoàn đến vùng tiếp xúc kị khí phải được đánh giá trong điều kiện chúng ảnh
hưởng đến BPR. Lưu lượng tuần hoàn rửa ngược nên đưa đến vùng hiếu khí thay vì đến vùng kị
khí hay hiếu khí. Dòng tuần hoàn với nồng độ đáng kể của DO và nitrat có thể có ảnh hưởng bất
lợi đến hiệu quả quá trình. Nồng độ nitrat trong lưu lượng RAS có thể có ảnh hưởng đáng kể đến
lượng rbCOD đầu vào. Giả sử sản lượng tổng hợp là 0,4g VSS/g rbCOD bị khử, lượng rbCOD
được dùng bởi nitrat và oxy cung cấp đến vùng kị khí có thể được ước lượng như sau:

Oxy dùng cho oxy hóa rbCOD bằng rbCOD bị khử trừ đi sinh khối COD.




































grbCOD
gO
grbCOD
gVSS
gVSS
gO
grbCOD
gO
222
43,04,042,10,1
(8-59)

Hoặc 2,3g rbCOD dùng/g DO thêm vào

Dựa trên COD sử dụng đối với oxi hòa tan, COD sử dụng đối với sự tiêu thụ nitrat có thể được
ước lượng, đượng lượng oxy của NO
3
-N là 2,86 g/g:




















 NgNO
gO
gO
rbCOD
NgNO
grbCOD
3
2
23
86,23,2
= 6,6 g rbCOD/g NO
3
-N (8-60)

Dựa trên tỉ số rbCOD/NO
3

-N và tỉ số rbCOD/DO ở trên, ảnh hưởng của DO và nitrat cung cấp
vào vùng tiếp xúc kị khí đến hiệu quả BPR có thể được đánh giá. rbCOD được thêm trong nước
thải đầu vào đến vùng kị khí sẽ bị khử phần lớn bởi vi khuẩn sử dụng oxi và nitrat trước khi
chúng khử photpho.

Ảnh hưởng của dòng tuần hoàn với photpho được giải phóng

Dòng tuần hoàn từ quá trình nén bùn hay quá trình phân hủy bùn có thể chứa nồng độ photpho
cao. Bể điều hòa, điều khiển lưu lượng tuần hoàn và tải lượng photpho với thời gian có thể giúp
giảm đến mức tối thiểu ảnh hưởng của photpho tuần hoàn đến chất lượng đầu ra. Bằng cách thêm
dòng tuần hoàn trong suốt thời gian của ngày khi nồng độ nước thải đầu vào cao. Dòng tuần hoàn
cũng có thể được xử lý riêng biệt với việc thêm hóa chất để giảm đến mức tối thiểu tải lượng
photpho đến quá trình xử lý nước.

Cặn lơ lửng đầu ra

Hàm lượng photpho trong cặn hỗn dịch lớn hơn nhiều so với quá trình bùn họat tính thông
thường do photpho dư. Hàm lượng photpho trên cặn khô có thể trong khoảng từ 3 đến 6%
(Randall với cộng sự, 1992). Do đó, nồng độ photpho tổng cộng trong đầu ra có thể ảnh hưởng
đáng kể đến nồng độ TSS đầu ra của hệ thống. Ở hàm lượng photpho trong cặn 3 đến 6%,
photpho trong đầu ra có nồng độ TSS 10 mg/L sẽ là 0,3 đến 0,6 mg/L, giá trị này sẽ là đáng kể
nếu tiêu chuẩn đầu ra thấp hơn 1,0 mg P/L. Phấn lớn quá trình BPR tạo ra bùn có đặc tính lắng
tốt và nồng độ TSS đầu ra bể lắng 2 là 10 mg/L hoặc thấp hơn. Để có nồng độ photpho đầu ra rất
thấp thì quá trình lọc đầu ra có thể được yêu cầu.

Công trình lắng cặn

Công trình lắng cặn ảnh hưởng đến thiết kế và hiệu quả quá trình. Nếu thêm hóa chất là cần thiết
cho xử lí bổ sung đầu ra để đạt được mức photpho thấp trong đấu ra, công suất bể lắng đủ được
yêu cầu để thêm hóa chất kết tủa. Tốc độ chảy tràn đặc trưng của bể lắng cho việc khử photpho

cũng được cho trong bảng 8-7.

Những phương pháp cải thiện hiệu quả khử photpho của hệ thống BPR

Hiệu quả của hệ thống BPR rất đặc trưng và dựa trên tính chất của nước thải, quá trình hoạt động
và thiết kế công trình. Đối với nước thải có nồng độ rbCOD đầu vào tương đối thấp, nồng độ
photpho hòa tan đầu ra có thể dư 1,0 đến 2,0 mg/l. Trong khi đó nồng độ đầu ra duới 0,5 hoặc 1,0
mg/l đạt được đối với nước thải cường độ cao. Những phương pháp để cải thiện hiệu quả để khử
toàn bộ photpho bao gồm:

1. Cung cấp thêm acetate bằng đường trực tiếp hay sự lên men bùn sơ bộ.
2. Giảm thời gian lưu bùn (SRT) của quá trình.
3. Thêm phèn hoặc muối sắt trong xử lý sơ bộ hoặc bổ sung đầu ra.
4. Giảm lượng nitrat và/hoặc oxy vào vùng kị khí.

2 phương pháp được sử dụng để cung cấp thêm rbCOD cho việc khử photpho bằng phương pháp
sinh học là thêm vào nguồn cacbon từ bên ngoài (acetate…) hoặc tạo thành VFAs từ sự lên men
của bùn từ bể lắng sơ bộ. 2 phương pháp thiết kế sự lên men bùn sơ bộ được thể hiện trên hình 8-
31; những thiết kế khác cũng có thể xảy ra. Giống như trên hình 8-31a, phản ứng lên men cung
cấp thời gian lưu và hỗn hợp bùn sơ bộ, VFAs được giải phóng từ bể lắng sơ bộ được cung cấp
đến vùng kị khí của quá trình xử lý. Thiết kế bể lắng sơ bộ tầng sâu (hình 8-31b) cũng được đề
nghị để cung cấp đủ thời gian lưu cho bể lắng bùn sơ bộ đối với sự thủy phân và lên men acid
(Barnard, 1984). Bùn dưới đáy được tuần hoàn để giải phóng VFAs thành dòng lỏng. Quá trình
họat động sinh ra mùi, hôn hợp và rác được tích lũy trong quá trình lên men cũng phải được xem
xét. SRT khỏang 3 đến 5 ngày, ở giá trị SRT lớn 4 đến 5 ngày, họat tính mêtan có thể đủ cao để
tiêu thụ hết VFAs. VFA tạo ra khỏang từ 0,1 đến 0,2 gVFA/g VSS được dùng cho sự lên men.
Chất gây men có thể được thêm 10 đến 20 mg/l nồng độ VFA đối với nước thải đầu vào.
Đầu ra
Lắng
sơ bộ

Đầu vào
Bùn
Nổi trên mặt
Tuần hoàn
bùn lên men
Lên men


Đầu ra
Đầu vào
Bùn
Tuần hoàn
bùn lên men
Lắng sơ bộ
tầng sâu


Hình 8-31 Những bể phản ứng lên men đối với sản phẩm axit béo bay hơi (VFAs) được dùng
cho việc khử photpho.

Hiệu quả q trình khử photpho bằng phương pháp sinh học

Thí dụ sau đây được thiết kế để mơ tả phương pháp được sử dụng để đánh giá hiệu quả của q
trình BPR. Vì q trình khử photpho và khử nitơ bằng phương pháp sinh học là rất phức tạp với
nhiều sự ràng buộc lẫn nhau.


Ví dụ 8-10: Khử photpho bằng phương pháp sinh học 1 q trình xử lý nước thải với những
đặc tính nước thải được cho dướ đây. RAS chứa 6,0 mg/L, NO
3

-N và hệ thống hoạt động ở SRT
là 7 ngày. Tỉ số tuần hồn RAS là 0,5. Thời gian lưu tiếp xúc kị khí là 0,75 giờ. Ước lượng nồng
độ photpho hồ tan đầu ra và photpho chứa trong bùn thải.

Điều kiện thiết kế và những giả sử:

1. Tính chất nước thải
thuật ngữ
Đơn vị
Giá trị
Lưu lượng
BOD tổng cộng
rbCOD
nbVSS
Hợp chất trơ vô cơ
TKN
NO
3
-N
Photpho
nhiệt độ
m
3
/ngày
g/m
3

g/m
3

g/m
3

g/m
3

g/m
3

g/m
3

g/m
3

o
C
4000
140
70
20
10
35
0
7
20

2. 10g rbCOD/g P bị khử bởi việc khử photpho bằng phương pháp sinh học.
3. Tỉ số rbCOD/nitrat = 6,6 g rbCOD/g NO
3

-N
4. Photpho chứa trong sinh khối dị dưỡng = 0,015 g P/g sinh khối
5. Tỉ số bCOD/BOD = 1,6
6. NO
x


0,80 TKN
7. Sử dụng những hệ số từ bảng 8-10 và 8-11

Giải

1. Xác định rbCOD sẵn có cho việc khử photpho bằng sinh học sử dụng cân bằng khối lượng ở
đầu vào bể phản ứng

a. Phát triển cân bằng khối lượng đối với nitrat

Q
RAS
(NO
3
-N)
vào
+ Q
RAS
(NO
3
-N)
RAS
= (Q + Q

RAS
)(NO
3
-N)
pứng


Trong đó Q
RAS
= 0,5Q
(NO
3
-N)
pứng
= nitrat cung cấp đến bể phản ứng
Q(0) + 0,5Q(6 g/m
3
) = 1,5Q(NO
3
-N)
pứng

(NO
3
-N)
pứng
= 2 g(NO
3
-N)/m
3

b. Xác định rbCOD sẵn có đối với khử photpho
rbCOD đương lượng = [2 g(NO
3
-N)/m
3
](6,6 g rbCOD/g)(NO
3
-N) = 13,2 g/m
3

2. Khử photpho bằng cơ chế BPR
Khử photpho sinh học =
)/10(
)/8,56(
3
gPgrbCOD
mgrbCOD
= 5,7 g P/m
3


3. Xác định photpho được dùng cho tổng hợp sinh khối dị dưỡng
Sản phẩm sinh khối (phương trình 8-15): P
X,SH
=
])(1[
))((
])(1[
))((

SRTk
NOYQ
SRTk
SSYQ
dn
xn
d
o





Giả sử S
o


S
o
– S
bCOD = 1,6 BOD = 1,6(140 g/m
3
) = 224 g/m
3

NO
x
= 0,8 TKN = 0,8(35 g/m
3
) = 28 g/m

3

P
x, SH
=
)]7)(./08,0(1[
)/28)(/12,0)(/4000(
)]7)(./12,0(1[
)/224)(/4,0)(/4000(
3333
ngayngaygg
mgggngaym
ngayngaygg
mgggngaym




= (194,783 + 8615) g/ngày = 203,398 g/ngày
P được dùng cho sự tăng trưởng sinh khối:
P dùng = (0,015g P/g sinh khối)(203,398 g/ngày) = 3015 g/ngày
P vào (g/m
3
) =
)/4000(
)/3015(
3
ngaym
ngayg
= 0,8 g/m

3

4. Xác định P hoà tan đầu ra
P bị khử = (5,7 + 0,8) g/m
3
= 6,5 g/m
3

P hoà tan đầu ra = (7,0 -6,5) g/m
3
= 0,5 g/m
3

5. Xác định P chứa trong bùn thải
Tổng photpho trong bùn = (6,5 g/m
3
)(4000 m
3
/ngày)(1 kg/10
3
) = 26 kg/ngày
Xác định bùn sinh ra tổng cộng,sử dụng phương trình (8-15) và (8-16)
P
X,TSS
=
)85,0)](7)(./12,0(1[
)10/1)(/224)(/4,0)(/4000(
333
ngayngaygg
gkgmgggngaym



+
)85,0)](7)(./08,0(1[
)10/1)(/28)(/12,0)(4000(
333
ngayngaygg
gkgmgggm


+ (20 g/m
3
)(4000m
3
/ngày)(1 kg/10
3
g)
+
)85,0)](7)(./12,0(1[
)10/1)(7)(/224)(/4000)(/4,0)(./12,0)(15,0(
333
ngayngaygg
kgngaymgngaymggngaygg


+ (10 g/m
3
)(4000 m
3
/ngày)(1 kg/10

3
g) + photpho còn lại
P
X,TSS
= (229,2 + 10,1 + 80 + 28,9 + 40) kg/ngày = 388,2 kg/ngày
Photpho, % =
7,6100
)/2,388(
)/0,26(
x
ngaykg
ngaykg


Lựa chọn quá trình cho việc khử photpho bằng phương pháp sinh học

Những sự thay đổi khác nhau đối với quá trình Phoredox được ứng dụng cho cả việc khử photpho
và nitơ. Phần lớn những thiết được dùng để giảm đến mức tối thiểu lượng nitrat cung cấp đến
vùng kị khí, một số có SRT ngắn, một số thì sử dụng nhiều bậc cho vùng kị khí, thiếu khí và hiếu
khí.

Những thông số thiết kế quá trình

Những thông số đặc trưng dùng trong thiết kế hệ thống khử photpho bằng phương pháp sinh học
được trình bày trong bảng 8-23.

Những xem xét lựa chọn quá trình

Những thuận lợi và hạn chế của quá trình khữ photpho bằng phương pháp sinh học được thể hiện
trên bảng 8-27.

Hiệu quả khử photpho bằng phương pháp sinh học bị ảnh hưởng bởi quá trình bùn hoạt tính cũng
như nước thải đầu vào (Randall với cộng sự, 1992). Hiệu quả khử photpho thấp xảy ra đối với hệ
thống có SRT lâu, nitrat và/hoặc oxi nhiều trong nguồn vào đến vùng kị khí, và COD dễ phân
hủy trong nước thải đầu vào.


Bảng 8-25 Mơ tả những q trình tăng trưởng lơ lửng cho việc khử Photpho

Q trình
Mơ tả
(a) Phoredox (A/O)

Bùn thải
Bùn tuần hoàn
Đầu vào
Đầu ra
Bể lắng 2
Hiếu khí
Kò khí

Đặc trưng cơ bản của q trình khử photpho bằng
phương pháp sinh học gồm có vùng kị khí theo sau
là vùng hiếu khí. Barnard (1974) trước tiên là đến
bể lắng cần thiết cho tiếp xúc kị khí giữa bùn họat
tính và nước thải đầu vào trước khi phân hủy hiếu
khí để thực hiện việc khử photpho. Barnard giống
như q trình Phoredox. Trong những q trình này
khơng có nitrat hóa, và thời gian lưu của q trình
kị khí là 30 phút đế 1 giờ. SRT của hỗn dịch vùng

hiếu khí là 2 đến 4 giờ, phụ thuộc vào nhiệt độ.
(b) A
2
O

Bùn thải
(chứa P)
Bùn tuần hoàn
Đầu vào
Đầu vào
Bể lắng 2
Thiếu khí
Kò khí
Hiếu khí
Tuần hòan


Q trình A
2
/O là sự cải tiến của q trình A/O và
cung cấp vùng thiếu khí cho q trình khử nitrat.
Thời gian lưu trong vùng thiếu khí tương ứng
khỏang 1 giờ. Vùng thiếu khí là vùng thiếu DO,
nhưng oxy về phương diện hóa học ở dạng nitrat
hoặc nitrit được đưa vào bằng đường tuần hồn hỗn
dịch vi khuẩn nitrit từ khu vực hiếu khí. Sử dụng
vùng thiếu khí để giảm đến mức tối thiểu lượng
nitrat cung cấp đến vùng kị khí trong bùn hoạt tính
tuần hồn.
(c) Bardenpho cải tiến (5 bậc)

Q trình Bardenpho được mơ tả trong bảng 8-21,
có thể được thay đổi cho sự kết hợp khử nitơ và
photpho. Hệ thống 5 bậc cung cấp kị khí, thiếu khí
và bậc hiếu khí cho việc khử photpho,nitơ và
cacbon. Bậc thiếu khí thứ 2 được cung cấp thêm
q trình khứ nitrat sử dụng nitrat sinh ra trong bậc
hiếu khí như là chất nhận điện tử, và cacbon hữu cơ
Bể lắng 2
Kò khí
Thiếu khí
Hiếu khí
Thiếu khí
Hiếu khí
Tuần hoàn
Bùn thải
(Chứa P)
Bùn tuần hoàn
Đầu vào
Đầu ra

nội bào như là chất cho điện tử. Bậc hiếu khí sau
cùng được dùng để giải phóng khí nitơ từ dung dịch
và giảm đến mức tối thiểu sự giải phóng photpho
trong bể lắng sau cùng. Hỗn dịch từ vùng hiếu khí
đầu tiên được tuần hồn đến vùng thiếu khí. Q
trình 5 bậc sử dụng thời gian lưu bùn lâu SRT (10
đến 20 ngày) hơn q trình A
2
/O, và do đó làm tăng

khả năng oxy hóa cacbon.
(d) UCT (tiêu chuẩn và cải tiến)

Bể lắng 2
Kò khí
Thiếu khí
Hiếu khí
Tuần hoàn thiếu khí
Tuần hoàn
(nitrat) thiếu khí
Bùn thải
(Chứa P)
Bùn tuần hoàn
Đầu vào
Đầu ra







Q trình UCT được phát triển để giảm đến mức tối
thiểu sự ảnh hưởng của nitrat trong nước thải khơng
đạt tiêu chuẩn vào vùng tiếp xúc kị khí. Lượng
nitrat trong vùng kị khí là quyết định hiệu quả khử
photpho sinh học. q trình UCT giống như đối với
q trình A
2
/O với 2 sự khác biệt. Bùn hoạt tính

tuần hồn được tuần hòan đến bậc thiếu khí thay vì
bậc hiếu khí, và dòng tuần hòan bên trong từ bậc
thiếu khí đến bậc kị khí. Bằng việc tuần hồn bùn
hoạt tính đến bậc thiếu khí, sự đưa nitrat đến bậc kị
khí được lọai trừ, do đó sự hấp thu photpho trong
bậc kị khí được tốt hơn. Đặc trưng của tuần hồn
bên trong là làm tăng sự sử dụng chất hữu cơ trong
bậc kị khí. Hỗn dịch từ bậc thiếu khí chứa nhiều
BOD hòan tan nhưng nitrat ít. Tuần hồn của hỗn
dịch thiếu khí cung cấp điều kiện tối ưu cho sự lên
men trong bậc kị khí. Bởi vì hỗn dịch là ở nồng độ
thấp, thời gian lưu kị khí phải lâu hơn được sử dụng
trong q trình Phoredox, và trong khoảng từ 1 đến
2 giờ. Tốc độ tuần hồn kị khí khỏang 2 lần lưu
lượng đầu vào.

Bể lắng 2
Kò khí
Hiếu khí
Thiếu khí
Thiếu khí
Tuần hoàn 2
Tuần hoàn 1
Bùn thải
(chứa P)
Bùn tuần hoàn
Đầu vào
Đầu ra

Trong q trình UCT cải tiến được mơ tả trên sơ đồ

thứ 2, bùn hoạt tính tuần hồn trực tiếp đến bể phản
ứng thiếu khí mà khơng có lưu lượng tuần hồn
nitrat bên trong. Nitrat được giảm trong bể này, và
hỗn dịch từ bể phản ứng được tuần hồn đến bể kị
khí. Bể thiếu khí thứ 2 theo sau bể thiếu khí thứ
nhất và tiếp nhận lưu lượng tuần hồn nitrat bên
trong từ bể làm thống để cung cấp cho 1 phần của
việc khử nitrat của q trình.
(e) VIP

Bể lắng 2
Hiếu khí
Thiếu khí
Kò khí
Tuần hoàn 2
Tuần hoàn 1
Bùn thải
(chứa P)
Bùn tuần hoàn
Đầu vào
Đầu ra

Q trình VIP giống như q trình A
2
/O và q
trình UCT trừ ra đối với những phương pháp được
ứng dụng cho hệ thống tuần hòan. Trong q trình
VIP, tất cả vùng trong phạm vi họat động gồm có
tối thiểu 2 ngăn khuấy trộn hồn tồn trong dãy.
Bùn hoạt tính tuần hồn chảy vào dọc theo vùng

thiếu khí với sự tuần hòan vi khuẩn nitrit từ vùng
hiếu khí. Hỗn dịch từ vùng thiếu khí được tuần
hồn đến đầu vùng kị khí. Q trình VIP cũng được
thiết kế giống như hệ thống tốc độ cao, q trình
họat động với thời gian lưu bùn (SRT) ngắn, mà
hiệu quả khử photpho thì tối đa. Kết hợp SRT của
vùng kị khí và thiếu khí thơng thường từ 1,5 đến 3
ngày, trong khi giá trị

thiếu khí và kị khí đặc
trưng khoảng 60 đến 90 phút. Vùng làm thống
được thiết kế cho q trình nitrat hóa.
(f) Q trình Johannesburg

Q trình được phát minh ở Johannesburg, miền
Nam châu phi, là 1 dạng khác của UCT hoặc q
trình UCT cải tiến để cung cấp nitrat tối thiểu đến
vùng kị khí cho việc khử photpho tối đa đối với
nước thải khơng ổn định. Bùn hoạt tính tuần hồn
được dẫn trực tiếp đến vùng thiếu khí mà có thời
Bể lắng 2
Hiếu khíThiếu khíThiếu khí Kò khí
Tuần hoàn (nitrat) hiếu khí
Bùn thải
(chứa P)
Bùn tuần hoàn
Đầu vào
Đầu ra

gian tiếp xúc đủ để khử nitrat trong hỗn dịch trước

khi chúng được cung cấp đến vùng kị khí. Sự khử
nitrat được phát triển bởi tốc độ hơ hấp nội bào của
hỗn dịch, và thời gian lưu vùng thiếu khí dựa trên
nồng độ hỗn dịch, nhiệt độ, và nồng độ nitrat trong
dòng tuần hồn bùn. So với q trình UCT, nồng
độ MLSS cao có thể được duy trì trong vùng kị khí,
có thời gian lưu khỏang 1 giờ.
(g) SBR với khử photpho

Phản ứng kò
khí (khuấy
trộn)
Hiếu khí
Thiếu khí
Lắng
Gạn chất
lỏng
Khí
Làm đầy
Đầu ra
Đầu vào

Nếu nitrat được khử đầy đủ trong q trình hoạt
động SBR, giai đoạn phản ứng kị khí có thể được
triển khai trong thời gian và sau chu kì làm đầy của
SBR. Giai đọan hoạt động thiếu khí được ứng dụng
sau khi đã qua thời gian hiếu khí đầy đủ đối với q
trình nitrat hóa và sản phẩm nitrat. Sự lựa chọn theo
chu kì hiếu khí và thiếu khí có thể được ứng dụng
trong suốt thời gian phản ứng. Nồng độ nitrat do đó

là tối thiểu trước khi lắng, một ít nitrat có thể được
dùng để bổ sung cho rbCOD trong chu kì làm đầy
và chu kì phản ứng ban đầu. Vì vậy rbCOD hấp thu
và tích lũy bởi vi khuẩn photpho tích lũy có thể xảy
ra thay cho sự tiêu thụ rbCOD bởi vi khuẩn khử
nitrat.
(h) PhoStrip

Q trình PhoStrip thực chất là 1 q trình kị
khí/hiếu khí. Điều kiện kị khí được tạo nên bởi việc
giữ RAS đủ lâu trong lắng trọng lực với thời gian
lưu thơng thường khoảng từ 8 đến 12 giờ (Levin
với cộng sự, 1975). Lưu lượng chảy tràn từ bể tách
khí, sau đó được xử lý hóa học để khử photpho và
RAS được dẫn trực tiếp đến bể hiếu khí. Vơi
thường được sử dụng như là hóa chất để tạo kết tủa
Bể lắng 2
Chất dinh dưỡng
Kò khí
Đầu ra
Vôi
Bể làm
thóang
Bùn
Tách khí
photpho
kò khí
Bùn thải
hóa học
Tạo kết tủa

cho bể lắng
phản ứng
Tuần hòan trên mặt
Đầu vào
Bùn tuần hoàn
Bùn
(tách khí
photpho)
Đầu ra

photpho từ lưu lượng chảy tràn bể tách khí. Liều
lượng vơi để nâng pH cho việc khử photpho là
nước thải mang tính kiềm và khơng có sự hiện diện
photpho. Nếu muối nhơm và sắt được sử dụng, thì
liều lượng tương ứng với lượng photpho được giải
phóng. Ngay cả khi xử lý hóa chất được ứng dụng
cho việc khử photpho, có một số photpho bị khử
tăng trong bùn thải do sự phát triển của vi khuẩn
photpho dư. Hiệu quả khử phopho bị ngăn cản bởi
q trình nitrat hóa.

Bảng 8-26 Những thông số thiết đặc trưng thường được dùng cho quá trình khử photpho
bằng phương pháp sinh học


, giờ

Thông số
thiết kế/
quá trình
SRT,
ngày
MLSS,
mg/L
Vùng kị
khí
Vùng
thiếu khí
Vùng
hiếu khí
RAS, %
của đầu
vào
Tuần
hoàn bên
trong, %
đầu vào

A/O
2-5
3000-
4000
0,5 -1,5
-
1-3
25-100

A
2
/O
5-25
3000-
4000
0,5-1,5
0,5-1
4-8
25-100
100-400
UCT
10-25
3000-
4000
1-2
2-4
4-12
80-100
200-400
(thiếu

khí)
100-300
(hiếu khí)
VIP
5-10
2000-
4000
1-2
1-2
4-6
80-100
100-200
(thiếu
khí)
100-300
(hiếu khí)
Bardenpho
(5 bậc)
10-20
3000-
4000
0,5-1,5
1-3 (1
bậc)
2-4 (2
bậc)
4-12 (1
bậc)
0,5-1 (2
bậc)

50-100
200-400
PhoStrip
5-20
1000-
3000
8-12

4-10
50-100
10-20
SBR
20-40
3000-
4000
1,5-3
1-3
2-4


WEF (1998)

Bảng 8-27 Những thuận lợi và hạn chế của quá trình khử photpho
Quá trình
Thuận lợi
Hạn chế
Phoredox (A/O)
Quá trình hoạt động tương đối đơn giản
so với những quá trình khác.
Tỉ số BOD/P thấp.

Thời gian lưu nước khá ngắn. Tạo ra
bùn lắng tốt.
Khử photpho tốt.
Khử photpho giảm nếu nitrat
hoá xảy ra.
A
2
O
Khử cả nitơ và photpho
Cung cấp kiềm cho quá trình nitrat hoá.
Tạo bùn lắng tốt.
Quá trình hoạt động khá đơn giản.
Tiết kiệm năng lượng.
RAS chứa nitrat được tuần
hoàn đến vùng kị khí, do đó
ảnh hưởng đến khả năng khử
photpho.
Khử nitơ bị giới hạn bởi tỉ số
tuần hoàn bên trong.
Cần tỉ số BOD/P cao hơn quá
trình A/O
UCT
Giảm được tải lương nitrat ở vùng kị
khí, do đó làm tăng khả năng khử
photpho.
Đối với nước thải kiềm yếu, quá trình
có thể thực hiện khử photpho tốt hơn.
Tạo bùn lắng tốt.
Khử nitơ tốt.
Quá trình hoạt động phức tạp.

Yêu cầu thêm hệ thống tuần
hoàn.
VIP
Giảm được tải lượng nitrat trong vùng
kị khí. Do đó, làm tăng khả năng khử
photpho.
Tạo bùn lắng tốt.
Khử nitơ tốt.
Quá trình hoạt động phức tạp.
Yêu cầu thêm hệ thống tuần
hoàn.
Yêu cầu thiết bị nhiều cho
quá trình hoạt động theo bậc.
Bardenpho (5 bậc)
Có thể đạt được 3 đến 5 mg/L TN đầu
ra không lọc.
Tạo bùn lắng tốt.

Hiệu quả khử photpho thấp.
Yêu cầu thể tích bể lớn.
SBR
Có thể khử được cả nitơ và photpho.
Quá trình hoạt động dễ dàng.
Cặn hỗn dịch không thể thải ra ngoài
bằng máng tràn thuỷ lực.
Lắng thụ động có thể tạo ra nồng độ
TSS đầu ra thấp.
Hoạt động linh hoạt.
Quá trình hoạt động phức tạp
hơn cho việc khử nitơ và

photpho.
Thể tích lớn được yêu cầu đối
với chỉ có khử nitơ.
Chất lượng đầu ra dựa trên
khả năng gạn.
Thiết kế phức tạp.
Cần có kinh nghiệm bảo
dưỡng.
Phù hợp đối với lưu lượng
nhỏ.
PhoStrip
Có thể hợp nhất dễ dàng vào trong
những công trình bùn hoạt tính.
Quá trình linh động; hiệu quả khử
photpho không bị điều khiển bởi tỉ số
BOD/photpho.
Sử dụng hoá chất giảm đáng kể so với
quá trình keo tụ.
Có thể đạt được nồng độ photpho đầu
ra nhỏ hơn 1.
Cần thêm vôi cho kết tủa
photpho.
Nhu cầu DO hỗn dịch cao để
ngăn chặn sự giải phóng
photpho trong bể lắng sau
cùng.
Tăng cường thêm bể được
yêu cầu cho việc đuổi khí.
Sự đóng cặn vôi.