Công nghệ xử lý nước thải AAO: Nguyên lý, cấu tạo bể và ứng dụng

Trong số các công nghệ xử lý nước thải sinh học hiện nay, AAO được đánh giá là giải pháp tối ưu nhờ khả năng loại bỏ đồng thời BOD, COD, Nitơ và Photpho một cách hiệu quả. Với thiết kế ba ngăn phản ứng theo điều kiện kỵ khí – thiếu khí – hiếu khí, công nghệ AAO không chỉ giúp xử lý triệt để ô nhiễm hữu cơ mà còn đáp ứng đầy đủ các quy chuẩn xả thải khắt khe. Bài viết dưới đây sẽ giúp bạn hiểu rõ công nghệ xử lý nước thải AAO là gì, nguyên lý hoạt động ra sao, cấu tạo bể AAO như thế nào và những ứng dụng thực tế trong các hệ thống xử lý nước thải hiện nay.

Công nghệ xử lý nước thải AAO là gì?

Công nghệ xử lý nước thải AAO (Anaerobic – Anoxic – Oxic) là công nghệ sinh học kết hợp 3 quá trình vi sinh liên tục gồm kỵ khí – thiếu khí – hiếu khí nhằm loại bỏ đồng thời chất hữu cơ (BOD, COD), Nitơ (N) và Photpho (P) trong nước thải.

Cụ thể trong đó: 

• Ngăn kỵ khí (Anaerobic): không có oxy → vi sinh khử Photpho.
• Ngăn thiếu khí (Anoxic): không có oxy nhưng có Nitrat (NO3-) → vi sinh khử Nitơ (khử NO3- thành N2 thoát ra ngoài).
• Ngăn hiếu khí (Oxic): có oxy → vi sinh xử lý BOD, COD, Amoni (NH4+), tổng hợp khối lượng bùn sinh học.

Vì triển khai 3 quá trình sinh học trong 1 hệ thống, công nghệ AAO được ứng dụng rộng rãi để xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải đô thị, nước thải thực phẩm, thủy sản, bệnh viện…, yêu cầu xả thải đạt chuẩn QCVN mức A.
Hiểu một cách đơn giản  AAO là công nghệ xử lý nước thải bằng vi sinh đa giai đoạn, giúp xử lý toàn diện COD, BOD, Nitơ và Photpho một cách hiệu quả và ổn định.

Cấu tạo hệ thống xử lý nước thải bằng công nghệ AAO

Một hệ thống AAO tiêu chuẩn được thiết kế với 3 ngăn xử lý sinh học chính cùng các bể phụ trợ, hoạt động liên kết chặt chẽ với nhau để tối ưu hiệu suất xử lý. Cấu tạo cụ thể gồm:

1. Bể kỵ khí (Anaerobic Tank)

• Không có oxy hòa tan (DO ≈ 0 mg/L)
• Duy trì thời gian lưu 1–2 giờ
• Là nơi vi sinh Phosphate Accumulating Organisms (PAO) hấp thu hợp chất hữu cơ chứa Photpho → chuẩn bị cho quá trình khử P

2. Bể thiếu khí (Anoxic Tank)

• Môi trường thiếu oxy hòa tan, nhưng có Nitrat (NO3-) từ hồi lưu bùn
• Thời gian lưu 1–2 giờ
• Vi sinh Denitrifying Bacteria thực hiện khử NO3- thành khí N2, loại bỏ Nitơ trong nước thải

3. Bể hiếu khí (Oxic/Aerobic Tank)

• Được cấp oxy liên tục bằng thiết bị thổi khí hoặc đĩa phân phối khí
• Thời gian lưu 4–6 giờ
• Vi sinh xử lý BOD, COD, NH4+, đồng thời tái hấp thu Photpho
• Đây là nơi sinh ra bùn hoạt tính (vi sinh sinh trưởng mạnh nhất)

4. Bể điều hòa (Equalization Tank)

• Ổn định lưu lượng và nồng độ nước thải
• Tránh sốc tải cho hệ sinh học
• Thường được lắp máy thổi khí nhẹ để đảo trộn

5. Bể lắng sinh học (Secondary Clarifier)

• Tách bùn hoạt tính ra khỏi nước sạch
• Bùn đặc sau lắng sẽ được:
  • Hoàn lưu về bể kỵ khí / thiếu khí để duy trì mật độ vi sinh
  • Phần dư được dẫn về bể chứa bùn

6. Bể khử trùng (Disinfection Tank)

• Dùng Clo, Ozone hoặc tia UV để diệt vi sinh gây hại trước khi xả thải

7. Hệ thống hoàn lưu bùn

• Giữ hàm lượng MLSS ổn định trong bể sinh học
• Giúp duy trì hiệu suất xử lý ổn định và lâu dài

Công nghệ AAO gồm 3 ngăn sinh học chính (kỵ khí – thiếu khí – hiếu khí) kết hợp 3 bể phụ trợ quan trọng (điều hòa – lắng – khử trùng) cùng hệ thống hoàn lưu bùn → tạo thành một quy trình khép kín xử lý toàn diện BOD, COD, Nitơ, Photpho.

Nguyên lý hoạt động của công nghệ AAO

Công nghệ AAO vận hành theo chu trình xử lý sinh học tuần hoàn 3 giai đoạn gồm kỵ khí → thiếu khí → hiếu khí, kết hợp với chu trình hồi lưu bùn liên tục, nhằm loại bỏ đồng thời BOD, COD, Nitơ (N) và Photpho (P) trong nước thải.

Bước 1: Thu gom và tiền xử lý

Nước thải được thu gom từ các khu vực phát sinh thông qua hệ thống đường ống và dẫn vào bể thu gom/bể tiếp nhận. Tại đây, nước thải được lọc sơ bộ để loại bỏ rác thô, cặn lơ lửng, dầu mỡ nhằm giảm tải cho các công trình xử lý sinh học phía sau. Sau khi được loại bỏ tạp chất lớn, nước thải sẽ được bơm qua các bể xử lý chính.

Bước 2: Giai đoạn kỵ khí (Anaerobic)

Nước thải vào bể kỵ khí – hoàn toàn không có oxy (DO ≈ 0 mg/L). Tại đây, vi sinh vật kỵ khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ hòa tan và dạng keo, chuyển chúng thành khí sinh học (biogas) như CH₄, CO₂, H₂S.

Cơ chế phân hủy chính:

• Chất hữu cơ + vi sinh kỵ khí → CH₄ + CO₂ + H₂S + năng lượng
• Một phần chất hữu cơ → tế bào vi sinh mới (C₅H₇O₂N)

Khí sinh học tạo ra sẽ bám vào bùn, làm bùn nổi lên và tạo dòng tuần hoàn tự nhiên trong bể. Quá trình này gồm 3 giai đoạn: thủy phân → tạo axit → sinh methane.

Bước 3: Giai đoạn thiếu khí (Anoxic)

Tại bể thiếu khí (DO < 0,5 mg/L) và có Nitrat (NO₃⁻) từ dòng hoàn lưu, diễn ra quá trình khử Nitơ (denitrification).

Vi sinh vật sẽ khử dần:
NO₃⁻ → NO₂⁻ → N₂O → N₂↑ (thoát lên khí quyển)

Đồng thời, một phần Photpho cũng được xử lý nhờ vi khuẩn PAO.
Bể thiếu khí được trang bị máy khuấy chìm để đảo trộn nhưng không làm hòa tan oxy.
(Optional) Có thể lắp đệm sinh học PVC để tăng diện tích bám dính vi sinh.

Bước 4: Giai đoạn hiếu khí (Oxic)

Bể hiếu khí được sục oxy liên tục, tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí phân hủy triệt để chất ô nhiễm.

Các phản ứng chính:

• Oxy hóa chất hữu cơ:
  Chất hữu cơ + O₂ → CO₂ + H₂O + năng lượng
• Nitrification:
  NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻
• Tổng hợp tế bào vi sinh mới (tạo bùn hoạt tính)
• Hấp thụ Photpho lần cuối để tích lũy trong bùn

Nồng độ bùn hoạt tính duy trì ở 2.000 – 5.000 mg/L MLSS để tối ưu hiệu quả.

Bước 5: Lắng và khử trùng

Tại bể lắng sinh học, bùn sẽ lắng xuống đáy còn nước trong nổi lên phía trên. Bể lắng đứng thường được sử dụng vì hiệu quả tách bùn cao và tiết kiệm diện tích.

• Bùn hoàn lưu → đưa lại bể kỵ khí/thiếu khí để duy trì vi sinh
• Bùn dư → chuyển về bể chứa bùn để xử lý định kỳ

Nước trong sẽ qua bể khử trùng (Clo, Ozone hoặc UV) để loại bỏ vi khuẩn gây bệnh trước khi xả ra môi trường.

Ứng dụng của công nghệ xử lý nước thải AAO

Công nghệ AAO được đánh giá là một trong những giải pháp xử lý sinh học hiệu quả nhất hiện nay, đặc biệt phù hợp với các loại nước thải có ô nhiễm hữu cơ, Nitơ và Photpho cao. Nhờ khả năng xử lý đồng thời BOD, COD, NH4+, NO3-, PO4³⁻, công nghệ AAO được ứng dụng rộng rãi trong:

1. Xử lý nước thải sinh hoạt – đô thị – khu dân cư

• Chung cư, khu đô thị, tòa nhà văn phòng, khách sạn, trường học
• Nhà hàng, khu ẩm thực, trung tâm thương mại
• Khu dân cư, nhà máy phát sinh nước thải sinh hoạt

Công nghệ xử lý nước thải AAO đối với xử lý nước thải sinh hoạt nhằm loại bỏ triệt để mùi hôi, chất hữu cơ, vi sinh gây bệnh.

2. Xử lý nước thải khu công nghiệp – cụm công nghiệp

• Khu công nghiệp tập trung
• Khu chế xuất, khu công nghiệp hỗn hợp

Xử lý nước thải khu công nghiệp – cụm công nghiệp bằng công nghệ AAO đáp ứng yêu cầu xả thải nghiêm ngặt theo QCVN 40:2011/BTNMT – cột A.

3. Xử lý nước thải ngành thực phẩm – đồ uống

• Chế biến thủy hải sản, rau củ quả, sữa, bia – nước giải khát
• Lò giết mổ gia súc, gia cầm

4. Xử lý nước thải bệnh viện – y tế

• Bệnh viện, phòng khám, cơ sở y tế
• Viện nghiên cứu sinh – hóa – dược

Trong lĩnh vực y tế sự kết hợp AAO + khử trùng UV/Ozone để xử lý triệt để mầm bệnh trong nguồn nước. Do đó AAO được ứng dụng phổ biến. 

5. Xử lý nước thải ngành thủy sản, chăn nuôi

• Trang trại nuôi lợn, gà, bò
• Nhà máy chế biến thủy sản

Công nghệ AAO trong ngành chăn nuôi, thủy sản nhằm loại bỏ hiệu quả Amoni + Photpho, ngăn hiện tượng phú dưỡng.

Như vậy AAO là công nghệ rất linh hoạt, đặc biệt tối ưu cho nước thải sinh hoạt, thực phẩm, thủy sản và khu công nghiệp quy mô vừa – lớn, yêu cầu xả thải đạt chuẩn QCVN A trước khi xả ra nguồn tiếp nhận.

Ưu nhược điểm của công nghệ xử lý nước thải AAO

ông nghệ AAO là lựa chọn tối ưu cho hệ thống yêu cầu xử lý đồng thời COD + N + P với chi phí vừa phải, đặc biệt phù hợp cho nước thải sinh hoạt, khu công nghiệp và sản xuất thực phẩm. Tuy nhiên, cần diện tích mặt bằng đủ rộng và kỹ thuật điều khiển DO – bùn phù hợp để đạt hiệu quả cao nhất.

Ưu điểm của công nghệ AAO

• Xử lý đồng thời BOD, COD, Nitơ và Photpho: Là một trong những công nghệ hiếm có thể xử lý triệt để cả N và P, phù hợp tiêu chuẩn QCVN cột A.
• Hiệu suất xử lý cao và ổn định: Hiệu quả xử lý BOD/COD đạt 90–95%, Nitơ và Photpho đạt 80–90% khi vận hành đúng kỹ thuật.
• Chi phí vận hành thấp: Không yêu cầu hóa chất phức tạp, chủ yếu dựa trên vi sinh tự nhiên, tiết kiệm hơn MBR hoặc AOP.
• Dễ vận hành và kiểm soát: Hệ thống hoạt động ổn định, có thể tự động hóa cao, phù hợp cả kỹ sư lẫn kỹ thuật viên trình độ trung bình.
• An toàn và thân thiện với môi trường: Không phát sinh hóa chất độc hại, không gây ô nhiễm thứ cấp.
• Phù hợp với nhiều loại nước thải khác nhau: Đặc biệt hiệu quả với nước thải sinh hoạt – thực phẩm – thủy sản – bệnh viện – khu công nghiệp.

Nhược điểm của công nghệ AAO

• Chiếm diện tích mặt bằng lớn hơn công nghệ MBR, AOP. Do cần bố trí 3 bể sinh học (kỵ khí – thiếu khí – hiếu khí) riêng biệt và bể lắng.
• Cần kiểm soát kỹ nồng độ DO và tỷ lệ hồi lưu bùn. Nếu thiếu oxy hoặc tuần hoàn không đúng → hiệu suất giảm rõ rệt.
• Phụ thuộc vào độ ổn định của nguồn nước đầu vào. Nếu nước thải biến động sốc tải, thiếu carbon → cần bổ sung chế độ điều khiển tự động hoặc thêm nguồn dinh dưỡng.
• Tạo ra lượng bùn sinh học khá lớn. Cần hệ thống xử lý bùn riêng để đảm bảo an toàn môi trường.

Như vậy trong bối cảnh các quy định về môi trường ngày càng khắt khe, đầu tư vào công nghệ AAO là một bước đi chiến lược giúp doanh nghiệp nâng cao uy tín, đáp ứng yêu cầu pháp lý và hướng tới phát triển bền vững. Nếu bạn đang tìm kiếm một giải pháp xử lý nước thải hiện đại, an toàn và tối ưu chi phí vận hành — AAO chính là lựa chọn lý tưởng cần được ưu tiên xem xét.