Bể hiếu khí là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bể hiếu khí

Bể hiếu khí là một phần quan trọng trong nhiều hệ thống xử lý nước thải, được sử dụng để loại bỏ các chất thải hữu cơ thông qua quá trình hiếu khí. Tuy nhiên, không phải ai cũng nắm rõ cách vận hành bể hiếu khí một cách hiệu quả. Thông qua bài viết này, Môi Trường Song Phụng sẽ cung cấp cho quý độc giả những thông tin chi tiết về bể hiếu khí và những vấn đề liên quan, giúp bạn hiểu rõ hơn và vận hành bể này một cách hiệu quả nhất.

Bể hiếu khí là gì?

Bể hiếu khí là một phần của hệ thống xử lý nước thải, được thiết kế để loại bỏ các chất hữu cơ trong nước thải thông qua quá trình phân hủy bằng vi sinh vật hiếu khí. 

Quá trình này xảy ra trong một môi trường có đủ oxy, giúp các vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ thành các sản phẩm đơn giản hơn như carbon dioxide (CO₂) và nước. 

Bể hiếu khí thường được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải công nghiệp và đô thị để giảm ô nhiễm và cải thiện chất lượng nước thải trước khi thải ra môi trường hoặc đưa vào các giai đoạn xử lý tiếp theo.

Đặc tính của bể hiếu khí:

• Nồng Độ pH: Vi sinh vật hiếu khí hoạt động hiệu quả nhất trong khoảng pH từ 6.5 đến 8.5. pH quá thấp hoặc quá cao có thể làm giảm hiệu quả phân hủy.
• Tải Trọng Hữu Cơ (BOD và COD): BOD: Đo lượng oxy cần thiết cho vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ. Cần kiểm soát phù hợp với khả năng của bể. COD: Đo lượng oxy cần để oxy hóa hoàn toàn các hợp chất hữu cơ và một số vô cơ.
• Nồng Độ Oxy Hòa Tan (DO): Tối ưu từ 2 – 4 mg/L. Nồng độ DO thấp làm giảm hiệu suất phân hủy và gây đục nước.
• Kiểm Soát Bùn: Lượng bùn tăng do vi sinh vật và tách lắng. Theo dõi chỉ số SVI (Sludge Volume Index) để kiểm soát.
• Tạo Bọt: Bọt trắng, nâu, hoặc đen có thể chỉ ra tình trạng hoạt động của bể, bao gồm vấn đề về pH, oxy, hoặc chất lượng nước thải.

Cấu tạo bể hiếu khí

Cấu trúc của bể khá đơn giản với hình dạng có thể là chữ nhật hoặc tròn. Bên trong bể, các hệ thống phân phối khí như đĩa thổi khí và ống phân phối khí được lắp đặt để phân tán khí đều khắp bể. 

Mục tiêu của hệ thống này là cải thiện sự điều hòa khí trong bể và tăng cường nồng độ oxy hòa tan, từ đó cung cấp oxy cần thiết cho sự sống của các vi sinh vật có lợi trong bể. Để bể hiếu khí hoạt động hiệu quả, cần đảm bảo các yêu cầu sau:

• Duy trì một lượng bùn lớn trong bể.
• Tạo điều kiện tối ưu cho vi sinh vật phát triển và sinh trưởng.
• Cung cấp đủ oxy để đáp ứng nhu cầu phát triển của vi sinh vật.

Phân loại bể sinh học hiếu khí 

Bể sinh học hiếu khí được phân loại dựa trên cấu trúc, cơ chế hoạt động, và mục đích sử dụng. Dưới đây là các loại bể hiếu khí phổ biến:

• Bể Hiếu Khí (Aerotank): Là một dạng bể xử lý nước thải trong đó nước thải được khuấy trộn với bùn hoạt tính trong một không gian kín, với sự cung cấp liên tục oxy để vi sinh vật hiếu khí phân hủy chất hữu cơ.
• Bể Bùn Hoạt Tính Tiếp Xúc – Ổn Định: Còn được gọi là Bể Bùn Hoạt Tính Tiếp Xúc, kết hợp giữa quá trình hiếu khí và một giai đoạn ổn định để cải thiện hiệu quả xử lý. Trong bể này, nước thải tiếp xúc với bùn hoạt tính trong một khoảng thời gian nhất định để vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ.
• Bể UNITANK: Bể UNITANK là một dạng bể sinh học hiếu khí tích hợp, kết hợp nhiều chức năng xử lý nước thải trong một hệ thống đơn. Bể này thường kết hợp các chức năng như hiếu khí, lắng và tách bùn trong một cấu trúc duy nhất.

Nguyên lý hoạt động của bể hiếu khí

Bể hiếu khí hoạt động dựa trên nguyên lý cung cấp oxy liên tục và khuấy trộn để tạo điều kiện cho vi sinh vật hiếu khí phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Quá trình hoạt động của bể hiếu khí diễn ra qua ba giai đoạn chính:

Giai Đoạn 1: Tốc Độ Oxy Hóa và Tốc Độ Tiêu Thụ Oxy

• Trong giai đoạn này, oxy được cung cấp vào bể bằng máy thổi khí và được khuấy trộn liên tục.
• Bùn hoạt tính bắt đầu hình thành và phát triển. Vi sinh vật hiếu khí (VSV) sinh trưởng mạnh mẽ, dẫn đến việc tiêu thụ oxy nhanh chóng.
• Lượng oxy trong bể có thể tăng cao do sự phát triển mạnh mẽ của vi sinh vật.
• Vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy để oxy hóa các chất hữu cơ trong nước thải.
• Quá trình oxy hóa này giúp phân hủy các chất hữu cơ thành các sản phẩm đơn giản hơn, như CO₂ và nước.

Giai Đoạn 2: Phát Triển Ổn Định của Vi Sinh Vật

• Vi sinh vật phát triển ổn định và tốc độ tiêu thụ oxy trở nên ổn định. Đây là giai đoạn mà quá trình phân hủy chất hữu cơ diễn ra mạnh mẽ nhất.
• Các chất hữu cơ trong nước thải được phân hủy mạnh mẽ bởi vi sinh vật hiếu khí, với tốc độ tiêu thụ oxy gần như không thay đổi.
• Quá trình này giúp loại bỏ phần lớn các chất hữu cơ có trong nước thải, cải thiện chất lượng nước.

Giai Đoạn 3: Giảm Tốc Độ Oxy Hóa và Quá Trình Nitrat Hóa

• Tốc độ oxy hóa giảm dần và sau đó có thể tăng trở lại. Tốc độ phân hủy chất hữu cơ giảm dần, và quá trình nitrat hóa amoniac bắt đầu diễn ra.
• Khi chất hữu cơ đã được phân hủy hầu hết, nhu cầu tiêu thụ oxy giảm xuống.
• Trong giai đoạn này, quá trình nitrat hóa amoniac diễn ra, nơi vi sinh vật chuyển đổi amoniac thành nitrat.
• Khi quá trình này kết thúc, hoạt động của Aerotank dần đi đến giai đoạn hoàn thành.

Ưu nhược điểm bể hiếu khí

Ưu điểm: 

• Bể hiếu khí rất hiệu quả trong việc loại bỏ các chất hữu cơ, giúp nước thải sạch hơn trước khi qua các giai đoạn xử lý tiếp theo.
• Có thể đạt hiệu suất xử lý BOD lên đến 95%, giúp giảm thiểu ô nhiễm nước.
• Mùi hôi phát sinh ít hơn nhiều so với các phương pháp xử lý kỵ khí, tạo môi trường làm việc và sinh sống thoải mái hơn.
• Bể hiếu khí đạt hiệu quả cao trong quá trình nitrat hóa và oxy hóa, giúp giảm lượng nitrat và các sản phẩm phụ khác trong nước thải.
• Phù hợp với nhiều loại nước thải khác nhau, từ sinh hoạt đến công nghiệp.
• Có khả năng loại bỏ một lượng lớn chất rắn lơ lửng, giúp cải thiện chất lượng nước thải. 
• Vận hành tương đối đơn giản và an toàn, phù hợp cho các hệ thống xử lý nước thải quy mô lớn hoặc nhỏ.

Nhược điểm:

• Đối với nước thải có hàm lượng độc tính cao, bể hiếu khí có thể không đủ hiệu quả. Cần kết hợp với các công nghệ xử lý khác để cải thiện hiệu suất.
• Bể hiếu khí yêu cầu cung cấp năng lượng liên tục cho hệ thống sục khí và khuấy trộn, điều này có thể tăng chi phí vận hành.

Tìm hiểu thêm bể xử lý nước khác:

• Bể UASB – Giải pháp tối ưu cho xử lý nước thải
• Bể SBR trong xử lý nước thải: Cấu Tạo và Nguyên Lý Hoạt Động
• Vai trò của bể điều hòa trong xử lý nước thải hiện nay

Làm thế nào để vận hành bể hiếu khí đạt hiệu quả cao?

Để vận hành bể hiếu khí (Aerotank) đạt hiệu quả cao trong hệ thống xử lý nước thải bạn cần lưu ý:

• Tỉ lệ BOD/COD > 0,5.
• Nồng Độ Oxy Hòa Tan (DO) từ 1,5 – 2 mg/l.
• Nhiệt độ >25 oC
• Độ pH Yêu Cầu: Dao động từ 6,5 – 7,5
• Tỉ Lệ Dinh Dưỡng Yêu Cầu: BOD:N = 100:5:1.
• Hàm Lượng BOD Yêu Cầu: < 1000 mg/l.
• Không có chứa kim loại nặng như Cr, Ag, Hg, Mn ở mức cao có thể gây sốc tải.

Ngoài ra bạn cũng cần biết nguyên nhân và cách khắc phục các sự cố trong vận hành hiệu quả bể hiếu khí như:

Bùn Phát Triển và Phân Tán:

• Nguyên Nhân: Do lượng vi sinh vật quá nhiều hoặc điều kiện hoạt động không ổn định.
• Giải Pháp: Điều chỉnh nồng độ BOD và COD, tăng cường sục khí, và kiểm soát nhiệt độ và pH.

Bùn Vi Sinh Không Kết Dính Được:

• Nguyên Nhân: Thiếu dinh dưỡng hoặc điều kiện vận hành không phù hợp.
• Giải Pháp: Đảm bảo tỉ lệ dinh dưỡng hợp lý và duy trì điều kiện pH và DO ổn định.

Bùn Vi Sinh Bị Nổi:

• Nguyên Nhân: Do bùn chứa nhiều khí hoặc chất lơ lửng.
• Giải Pháp: Điều chỉnh tốc độ sục khí và kiểm tra hàm lượng chất lơ lửng trong nước thải.

Bể Xuất Hiện Bọt Nâu:

• Nguyên Nhân: Có thể do sự hiện diện của vi khuẩn dạng sợi hoặc nước thải có hàm lượng dầu mỡ cao.
• Giải Pháp: Xem xét bổ sung các chất khử bọt và kiểm tra hàm lượng dầu mỡ trong nước.

Bọt Trắng Nổi Tại Bể Hiếu Khí:

• Nguyên Nhân: Có thể do hàm lượng chất tẩy rửa cao hoặc bùn non chưa ổn định.
• Giải Pháp: Điều chỉnh liều lượng chất tẩy rửa và kiểm tra sự ổn định của bùn.

Hiện Tượng Bọt Váng:

• Nguyên Nhân: Do sự có mặt của các chất hữu cơ không phân hủy hoàn toàn.
• Giải Pháp: Điều chỉnh chế độ sục khí và kiểm soát các chất hữu cơ đầu vào.

Bùn Bị Tạo Thành Khối:

• Nguyên Nhân: Do sự kết dính quá mức của bùn hoặc tình trạng thiếu oxy.
• Giải Pháp: Tăng cường sục khí và điều chỉnh tỷ lệ bùn để đảm bảo sự phân tán đều.

Hy vọng rằng với những chia sẻ của Môi Trường Song Phụng về các đặc điểm cơ bản, nguyên lý hoạt động,… bạn đã có được cái nhìn rõ ràng hơn về bể sinh học hiếu khí. Điều này sẽ hỗ trợ bạn trong việc tối ưu hóa quy trình xử lý nước thải, đảm bảo hiệu quả và tiết kiệm chi phí vận hành. Nếu bạn có bất kỳ câu hỏi nào thêm hoặc cần tư vấn chi tiết hơn, đừng ngần ngại liên hệ với chúng tôi.

Gợi ý xem thêm cho bạn:

• Bể tuyển nổi là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng
• Bể lọc sinh học là gì? Phân loại và nguyên lý hoạt động
• Bể tách dầu mỡ trong xử lý nước thải là gì? Tìm hiểu cấu tạo chi tiết