1. Giới thiệu

Công nghệ AAO là một trong những quy trình xử lý sinh học nâng cao được áp dụng phổ biến trong các nhà máy xử lý nước thải đô thị và công nghiệp. Đây là quá trình kết hợp loại bỏ đồng thời nitơ và photpho trong nước thải bằng cơ chế sinh học, thông qua sự sắp xếp tuần tự của ba vùng:

  • Anaerobic (Kỵ khí)

  • Anoxic (Thiếu khí)

  • Oxic (Hiếu khí)

So với các công nghệ truyền thống, AAO có ưu thế là loại bỏ hiệu quả cả N và P mà không cần nhiều hóa chất, giúp tiết kiệm chi phí vận hành và hạn chế ô nhiễm thứ cấp.

2. Nguyên lý hoạt động

(a) Vùng Anaerobic (Kỵ khí)

  • Không có oxy hòa tan (DO ≈ 0 mg/L) và nitrat (NO₃⁻).

  • Các vi khuẩn tích lũy photpho (PAOs) giải phóng photphat vào nước, đồng thời hấp thu các hợp chất hữu cơ dễ phân hủy (VFAs) để dự trữ dưới dạng polyhydroxybutyrate (PHB).

(b) Vùng Anoxic (Thiếu khí)

  • Không có oxy hòa tan nhưng có mặt nitrat (NO₃⁻).

  • Vi khuẩn khử nitrat (denitrifiers) sử dụng chất hữu cơ hoặc PHB để khử NO₃⁻ → N₂ (thoát ra khí quyển).

  • Quá trình này giúp loại bỏ nitơ trong nước thải.

(c) Vùng Oxic (Hiếu khí)

  • Có oxy hòa tan (DO ≈ 2 mg/L).

  • PAOs sử dụng năng lượng từ quá trình oxy hóa chất hữu cơ và nitrat để hấp thu lại lượng photpho nhiều hơn so với đã thải ra trong vùng kỵ khí.

  • Đồng thời diễn ra quá trình nitrification, chuyển NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻.

3. Sơ đồ công nghệ AAO

Dưới đây là mô hình điển hình của công nghệ AAO:

Sơ đồ công nghệ AAO

Hình 1 : Sơ đồ nguyên lý quá trình AAO

  • Bùn tuần hoàn (RAS) được hồi lưu từ bể lắng về bể kỵ khí.

  • Dòng hồi lưu nitrat (NO₃⁻ recycle) từ bể hiếu khí về bể thiếu khí nhằm tăng hiệu quả khử nitơ.

4. Ưu điểm và nhược điểm của công nghệ AAO

Ưu điểm

  • Loại bỏ đồng thời N và P mà không cần hóa chất.

  • Tận dụng cơ chế sinh học → chi phí vận hành thấp.

  • Giảm lượng bùn phát sinh do không bổ sung hóa chất kết tủa.

  • Phù hợp với nước thải đô thị, khu công nghiệp, đặc biệt khi có tải lượng hữu cơ cao.

Nhược điểm

  • Hiệu quả phụ thuộc nhiều vào tỷ lệ BOD₅/N/P trong nước thải.

  • Yêu cầu vận hành chính xác để duy trì các điều kiện kỵ khí – thiếu khí – hiếu khí.

  • Đôi khi cần bổ sung nguồn carbon (VD: methanol, acetate) nếu nước thải thiếu chất hữu cơ dễ phân hủy.

5. Các biến thể của công nghệ AAO

Trong thực tế, AAO là nền tảng cho nhiều quy trình EBPR (Enhanced Biological Phosphorus Removal). Dưới đây là tóm tắt các quá trình dựa trên AAO và các cải tiến khác:

Bảng 1. Mô tả các quá trình EBPR dạng bùn hoạt tính lơ lửng

Quy trình Mô tả chi tiết
A/O (Phoredox) Kỵ khí → Hiếu khí. Loại bỏ P cơ bản, không khử N.
A²/O Kỵ khí → Thiếu khí → Hiếu khí. Kết hợp loại bỏ N và P.
A²/O MBR A²/O kết hợp MBR thay bể lắng, tuần hoàn nhiều hơn.
Modified Bardenpho Chuỗi 5 giai đoạn, hiệu quả loại bỏ N, P cao.
Modified Bardenpho + MBR Giống trên nhưng dùng MBR.
UCT Bùn hồi lưu (RAS) về thiếu khí → giảm nitrat vào kỵ khí.
Modified UCT + MBR Biến thể UCT kết hợp MBR.
VIP A²/O dạng nối tiếp nhiều bể, SRT ngắn.
JHB Biến thể UCT, đưa RAS vào anoxic đầu tiên.
JHB + MBR JHB kết hợp MBR.
EBPR + Primary Sludge Fermentation Bổ sung VFA từ lên men bùn sơ cấp.
Westbank Chuỗi Anoxic → Anaerobic → Anoxic → Aerobic, tận dụng VFA từ bùn.
SBR – EBPR SBR vận hành chu kỳ (Fill → Anaerobic → Aerobic → Anoxic → Lắng → Xả).
Granular Sludge EBPR EBPR trong SBR với bùn hạt.
Phostrip Thu hồi P bằng kết hợp kỵ khí – hóa chất kết tủa.

Bảng 2. Ưu điểm và nhược điểm của các quá trình EBPR phổ biến

Quy trình Ưu điểm Nhược điểm
A/O Đơn giản, dễ vận hành. Không loại bỏ N, nhạy cảm với nitrat rò rỉ.
A²/O Loại bỏ đồng thời N và P. Cần kiểm soát dòng tuần hoàn nitrat.
Modified Bardenpho Hiệu suất N, P cao. Cấu trúc phức tạp, diện tích lớn.
UCT Hạn chế nitrat vào kỵ khí. Phải quản lý RAS chặt chẽ.
VIP SRT ngắn, giảm thể tích bể. Ít áp dụng, cần nhiều bể nối tiếp.
JHB Loại bỏ N hiệu quả, phù hợp nước thải đô thị. Phức tạp, nhiều dòng tuần hoàn.
Westbank Tận dụng VFA từ bùn, tăng P removal. Quản lý bùn và dòng hồi lưu khó.
SBR – EBPR Linh hoạt, tích hợp nhiều giai đoạn trong chu kỳ. Đòi hỏi kiểm soát chính xác chu kỳ.
Granular sludge Hiệu quả cao, bùn lắng tốt. Công nghệ mới, cần nghiên cứu thêm.
Phostrip Thu hồi P (struvite, muối). Tốn hóa chất, vận hành phức tạp.

6. Ứng dụng thực tế

  • Nhà máy xử lý nước thải sinh hoạt đô thị.

  • Nước thải công nghiệp có chứa N, P cao (chế biến thực phẩm, bia – rượu – nước giải khát, thủy sản…).

  • Là cơ sở cho các công nghệ cải tiến khác như: UCT, MUCT, Bardenpho, JHB, SBR-EBPR.

7. Kết luận

Công nghệ AAO là giải pháp kinh tế – hiệu quả – bền vững cho xử lý nước thải, giúp đạt tiêu chuẩn xả thải ngày càng nghiêm ngặt về nitơ và photpho. Trong xu hướng hiện nay, AAO không chỉ được sử dụng độc lập mà còn là nền tảng để phát triển các quy trình cải tiến, kết hợp với MBR, sidestream EBPR, hoặc SBR nâng cao.