1. Giới thiệu chung

Công nghệ Anoxic – Oxic (AO) là một trong những quá trình xử lý sinh học hiện đại được áp dụng phổ biến trong hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp. Công nghệ này kết hợp hai giai đoạn chính:

  • Anoxic (thiếu khí): môi trường không có oxy hòa tan, nơi xảy ra quá trình khử nitrat (denitrification) nhờ vi sinh vật dị dưỡng sử dụng NO₃⁻/NO₂⁻ làm chất nhận electron.

  • Oxic (hiếu khí): môi trường có oxy hòa tan, nơi diễn ra quá trình nitrification (NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻) và oxy hóa chất hữu cơ (BOD, COD).

Mục tiêu của quá trình AO là loại bỏ đồng thời chất hữu cơ, nitơ và một phần photpho trong nước thải, đáp ứng yêu cầu xả thải ngày càng nghiêm ngặt.

2. Nguyên lý hoạt động

2.1. Quá trình trong bể Anoxic

  • Nitrate (NO₃⁻-N) được tuần hoàn từ bể hiếu khí về bể thiếu khí.

  • Vi sinh vật dị dưỡng sử dụng BOD trong nước thải đầu vào hoặc nguồn carbon ngoài (methanol, acetate…) để khử NO₃⁻ thành N₂ khí:

\[\text{NO}_3^- \;\xrightarrow{\text{Denitrification}}\; \text{NO}_2^- \;\xrightarrow{}\; N_2 \uparrow\]

2.2. Quá trình trong bể Oxic

  • Vi sinh vật tự dưỡng oxy hóa amoni thành nitrit và nitrat:

\[\text{NH}_4^+ + 1.5O_2 \;\rightarrow\; \text{NO}_2^- + 2H^+ + H_2O\]

\[\text{NO}_2^- + \tfrac{1}{2}O_2 \;\rightarrow\; \text{NO}_3^-\]

  • Đồng thời, vi sinh vật dị dưỡng phân hủy các chất hữu cơ (BOD/COD).

3. Các cấu hình công nghệ AO

3.1. Tiền thiếu khí (Preanoxic, MLE process)

Nước thải được đưa vào bể thiếu khí trước, sau đó sang bể hiếu khí.

Nitrate từ bể hiếu khí được tuần hoàn về bể thiếu khí.

Ưu điểm: hiệu quả loại bỏ N cao, tận dụng BOD trong nước thải.

 

Pre-anoxic

Hình 1 : Tiền thiếu khí (Preanoxic, MLE process)

3.2. Hậu thiếu khí (Postanoxic)

Bể hiếu khí trước, sau đó nước thải được dẫn vào bể thiếu khí.

Yêu cầu bổ sung carbon ngoài (methanol, acetate) vì hầu hết BOD đã bị phân hủy ở bể hiếu khí.

Thường dùng như bước xử lý tinh (polishing).

Post - Anoxic

Hình 2 : Hậu thiếu khí (Postanoxic)

3.3. AO kết hợp tuần hoàn nội bộ (Internal recycle – Bardenpho, Phased process, Alternating process)

Kết hợp nhiều giai đoạn anoxic – oxic xen kẽ.

Có thể tăng hiệu quả khử nitơ và photpho, giảm chi phí vận hành.

AO kết hợp

Hình 3 : Kết hợp nhiều giai đoạn anoxic – oxic xen kẽ.

Quá trình Bardenpho

Hình 4 : Quá trình Bardenpho trong xử lý nước thải

4. Ưu điểm và hạn chế

Ưu điểm

  • Loại bỏ đồng thời BOD, COD và Nitơ hiệu quả.

  • Cấu hình đơn giản, dễ vận hành, chi phí thấp hơn so với các công nghệ nâng cao (A2O, MBR).

  • Có thể kết hợp với quá trình EBPR (Enhanced Biological Phosphorus Removal) để loại bỏ P.

Hạn chế

  • Hiệu quả khử nitơ phụ thuộc vào tỉ lệ tuần hoàn nội (IR) và lượng carbon sẵn có trong nước thải.

  • Nếu nước thải có tỉ lệ C/N thấp, cần bổ sung nguồn carbon ngoài, làm tăng chi phí.

  • Yêu cầu kiểm soát chặt chẽ DO, MLSS, và thời gian lưu bùn (SRT).

5. Ứng dụng thực tế

  • Xử lý nước thải sinh hoạt đô thị (nồng độ BOD, N, P trung bình).

  • Xử lý nước thải công nghiệp thực phẩm, bia, giấy, dệt nhuộm.

  • Các trạm XLNT yêu cầu đạt chuẩn cao về TN (tổng Nitơ) < 10 mg/L.

6. Kết luận

Công nghệ Anoxic – Oxic (AO) là giải pháp kinh tế và hiệu quả để xử lý đồng thời chất hữu cơ và dinh dưỡng trong nước thải. Với khả năng mở rộng và cải tiến (như A2O, Bardenpho, MBR-AO), công nghệ này vẫn đang là nền tảng chính trong thiết kế các trạm xử lý nước thải hiện nay.