Bể Thiếu Khí (Anoxic) là gì?
Bể thiếu khí, hay còn được biết đến với tên gọi bể Anoxic hoặc bể sinh học thiếu khí, là công trình đơn vị nơi diễn ra quá trình phân hủy sinh học các chất ô nhiễm trong điều kiện thiếu oxy. “Thiếu khí” có nghĩa là nồng độ oxy hòa tan (DO) trong bể được duy trì ở mức rất thấp (thường từ 0.2 – 0.5 mg/L), không đủ cho quá trình hiếu khí nhưng vẫn có sự hiện diện của nitrat (NO3-) hoặc nitrit (NO2-).
Vai trò chính của bể Anoxic là xử lý triệt để hai thành phần dinh dưỡng chính gây ô nhiễm nguồn nước: Nitơ (N) và Photpho (P). Quá trình này được thực hiện bởi các chủng vi sinh vật thiếu khí đặc thù thông qua hai cơ chế chính là khử Nitrat và Photphorin hóa. Bể Anoxic là một mắt xích quan trọng, không thể tách rời trong các công nghệ xử lý nước thải tiên tiến như AAO và AO.
Cấu tạo của Bể Thiếu Khí
Để đảm bảo môi trường thiếu khí lý tưởng cho vi sinh vật hoạt động, cấu tạo của bể Anoxic được thiết kế rất đặc thù, bao gồm các bộ phận chính sau:
- Thân bể: Thường có dạng hình chữ nhật hoặc hình trụ, được xây dựng bằng bê tông cốt thép hoặc chế tạo từ thép, composite để đảm bảo độ bền và khả năng chống ăn mòn.
- Thiết bị khuấy trộn chìm: Đây là bộ phận quan trọng nhất của bể Anoxic. Máy khuấy chìm hoặc bơm chìm được lắp đặt để tạo ra dòng chảy tuần hoàn, liên tục. Mục đích là:
- Giữ cho bùn hoạt tính ở trạng thái lơ lửng, tăng diện tích tiếp xúc giữa vi sinh vật và chất ô nhiễm.
- Phân bố đều nồng độ chất dinh dưỡng và vi sinh trong toàn bộ thể tích bể.
- Ngăn chặn sự khuếch tán oxy từ không khí vào nước, duy trì điều kiện thiếu khí nghiêm ngặt.
- Hệ thống hồi lưu bùn: Bùn hoạt tính từ bể lắng thứ cấp sẽ được bơm tuần hoàn trở lại bể Anoxic. Hệ thống này giúp duy trì mật độ vi sinh vật cần thiết cho quá trình xử lý, đặc biệt là các vi sinh vật có khả năng khử nitrat.
- Hệ thống cung cấp dinh dưỡng (Tùy chọn): Trong một số trường hợp, nếu nước thải đầu vào không đủ nguồn carbon hữu cơ cho quá trình khử nitrat, một hệ thống châm bổ sung (như methanol, axit axetic) sẽ được lắp đặt.
- Giá thể vi sinh (Tùy chọn): Các loại giá thể nhựa, đệm vi sinh có thể được bổ sung để tăng diện tích bề mặt cho vi sinh vật bám dính, từ đó nâng cao mật độ vi sinh và hiệu quả xử lý.
Nguyên lý hoạt động của Bể Thiếu Khí
Quá trình xử lý trong bể Anoxic là sự kết hợp phức tạp của các phản ứng sinh hóa, chủ yếu là quá trình khử nitrat và loại bỏ photpho.
Quá trình Khử Nitrat
Đây là quá trình trung tâm diễn ra trong bể Anoxic. Mục tiêu là chuyển hóa các hợp chất nitơ ở dạng Nitrat (NO3–) và Nitrit (NO2–) thành khí Nitơ (N2) không độc hại và thoát ra khỏi môi trường nước.
- Vi sinh vật thực hiện: Quá trình này được thực hiện bởi nhóm vi sinh vật kỵ khí tùy nghi (facultative anaerobes), gọi là vi khuẩn Denitrifier. Các chủng phổ biến bao gồm Bacillus, Pseudomonas, Paracoccus, Spirillum, Thiobacillus. Trong điều kiện có oxy, chúng sẽ hô hấp hiếu khí. Nhưng khi thiếu oxy, chúng sẽ sử dụng Nitrat/Nitrit làm chất nhận điện tử thay thế.
- Các bậc chuyển hóa: Quá trình khử nitrat diễn ra theo chuỗi phản ứng sau:
NO3– → NO2– → NO (khí) → N2O (khí) → N2↑ (khí) - Vai trò của chất hữu cơ: Để phản ứng trên xảy ra, vi sinh vật cần nguồn carbon (chất hữu cơ) làm chất cho điện tử (electron donor). Nguồn carbon này có thể đến từ BOD, COD sẵn có trong nước thải hoặc được bổ sung từ bên ngoài (methanol, mật rỉ đường, axit axetic).
- Phản ứng hóa học điển hình:
- Với Methanol (CH3OH): 6NO3– + 5CH3OH → 3N2↑ + 5CO2 + 7H2O + 6OH–
- Với Axit Axetic (CH3COOH): 8NO3– + 5CH3COOH → 4N2↑ + 10CO2 + 8OH–
Lưu ý: Quá trình này sinh ra OH-, giúp hồi phục một phần độ kiềm đã mất trong quá trình nitrat hóa ở bể hiếu khí, góp phần ổn định pH của hệ thống.
Quá trình Photphorin hóa
Quá trình loại bỏ photpho phức tạp hơn và liên quan đến sự luân chuyển giữa các môi trường kỵ khí – thiếu khí – hiếu khí.
- Vi sinh vật thực hiện: Chủ yếu là nhóm vi khuẩn tích lũy polyphosphate (PAOs – Polyphosphate Accumulating Organisms), điển hình là chủng Acinetobacter.
- Cơ chế:
- Giai đoạn kỵ khí (Anaerobic): PAOs sẽ phân giải polyphosphate dự trữ bên trong tế bào để lấy năng lượng, đồng thời thải photpho (PO43-) vào nước.
- Giai đoạn thiếu khí (Anoxic) và hiếu khí (Oxic): Khi được chuyển đến môi trường có Nitrat hoặc Oxy, PAOs sẽ hấp thụ một lượng lớn photpho từ dung dịch nước thải (nhiều hơn lượng đã thải ra ở giai đoạn kỵ khí) và tích lũy lại trong tế bào dưới dạng polyphosphate.
- Loại bỏ Photpho: Khi bùn chứa đầy các vi sinh vật PAOs này được lắng và loại bỏ khỏi hệ thống, photpho cũng được mang đi theo.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình xử lý trong Bể Anoxic
- Oxy hòa tan (DO): Đây là yếu tố quyết định. Nồng độ oxy hòa tan (DO) cao (> 0.5 mg/L) sẽ ức chế hoạt động của enzyme khử nitrat, khiến vi sinh vật chuyển sang hô hấp hiếu khí và quá trình khử nitrat bị ngưng trệ.
- pH: Khoảng pH tối ưu cho quá trình khử nitrat là từ 7.0 đến 9.0. Khi pH giảm xuống dưới 6.5, tốc độ phản ứng giảm mạnh và có thể sinh ra các sản phẩm phụ độc hại như N2O và NO.
- Nhiệt độ: Tốc độ khử nitrat tăng theo nhiệt độ. Trong khoảng 5 – 25°C, tốc độ có thể tăng gấp đôi khi nhiệt độ tăng 10°C.
- Chất hữu cơ (Tỷ lệ C/N): Tỷ lệ carbon hữu cơ dễ phân hủy sinh học so với nitơ là rất quan trọng. Nếu thiếu nguồn carbon, quá trình khử nitrat sẽ không hoàn tất.
- Các chất kìm hãm: Nồng độ Nitrit (NO2-) quá cao có thể gây độc và ức chế hoạt động của vi sinh vật.
Ưu và nhược điểm của Bể Thiếu Khí
Ưu điểm
- Hiệu quả xử lý cao: Loại bỏ hiệu quả các chất ô nhiễm chính là Nitơ và Photpho, góp phần giải quyết vấn đề phú dưỡng.
- Xử lý BOD/COD: Có khả năng xử lý một phần đáng kể BOD, COD (lên đến 90% tùy vào thiết kế).
- Tiết kiệm năng lượng: So với bể hiếu khí Aerotank, bể Anoxic không cần hệ thống sục khí công suất lớn, chỉ cần máy khuấy chìm, giúp giảm chi phí vận hành.
- Vận hành đơn giản: Các thao tác vận hành không quá phức tạp nếu hệ thống được thiết kế chuẩn.
- Lượng bùn sinh ra ít: Lượng bùn dư phát sinh từ bể Anoxic thấp hơn so với bể hiếu khí.
Nhược điểm
- Không xử lý được chất độc hại: Vi sinh vật trong bể rất nhạy cảm với các hợp chất độc hại, kim loại nặng. Nước thải chứa các chất này cần được xử lý sơ bộ.
- Cần kết hợp với bể khác: Bể Anoxic không thể hoạt động độc lập mà phải là một phần của chu trình công nghệ lớn hơn (AO, AAO) để đạt hiệu quả tối ưu.
- Chi phí có thể tăng: Nếu nước thải đầu vào thiếu hụt carbon, chi phí bổ sung nguồn carbon từ bên ngoài có thể làm tăng chi phí vận hành.
Ứng dụng thực tế của Bể Thiếu Khí
Nhờ khả năng xử lý N, P hiệu quả, bể Anoxic được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực:
- Xử lý nước thải sinh hoạt: Các khu đô thị, tòa nhà, bệnh viện, khách sạn.
- Xử lý nước thải công nghiệp: Đặc biệt hiệu quả với các ngành có hàm lượng N, P cao như chế biến thực phẩm, thủy sản, dệt nhuộm, hóa chất, dược phẩm.
- Xử lý nước thải chăn nuôi: Giảm tải lượng chất dinh dưỡng trước khi xả thải hoặc tái sử dụng.
- Xử lý nước thải làng nghề: Chế biến nông sản, thực phẩm.
Bể thiếu khí (Anoxic) đóng vai trò xương sống trong việc loại bỏ nitơ và photpho khỏi nước thải, góp phần quan trọng vào việc bảo vệ môi trường nước. Việc hiểu rõ cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các yếu tố ảnh hưởng sẽ giúp các đơn vị vận hành tối ưu hóa hiệu suất xử lý. Lựa chọn vị trí đặt bể và phương án vận hành phù hợp với đặc tính của từng loại nước thải là chìa khóa để xây dựng một hệ thống xử lý bền vững, hiệu quả và tiết kiệm chi phí.
Nếu bạn đang tìm kiếm một đơn vị uy tín để tư vấn thiết kế, thi công hoặc vận hành bảo trì hệ thống xử lý nước thải có bể Anoxic, hãy liên hệ ngay với đơn vị xử lý nước thải Hi-Tech. Với đội ngũ giàu kinh nghiệm, chúng tôi cam kết mang đến cho bạn giải pháp tối ưu và hiệu quả nhất.
