Bể Anoxic trong xử lý nước thải: Nguyên lý, ưu điểm, và cách tối ưu hóa

Trong quá trình xử lý nước thải, bể Anoxic đóng vai trò vô cùng quan trọng. Đây là một công đoạn không thể thiếu trong các hệ thống xử lý nước thải hiện đại, đặc biệt là các hệ thống xử lý sinh học. Vậy bể Anoxic là gì? Nguyên lý hoạt động của nó như thế nào? Và tại sao công nghệ này lại được ứng dụng rộng rãi? Bài viết dưới đây của Môi Trường Song Phụng sẽ giúp bạn giải đáp những câu hỏi trên một cách chi tiết và khoa học.

Bể Anoxic là gì? 

Bể Anoxic, còn gọi là bể sinh học thiếu khí, là một loại bể xử lý nước thải trong đó môi trường có nồng độ oxy hòa tan rất thấp hoặc gần như bằng không (thiếu khí oxi). Bể này sử dụng các vi sinh vật thiếu khí (có thể hoạt động trong điều kiện không có oxy hoặc oxy rất thấp) để phân hủy các hợp chất hữu cơ chứa Nitơ và Phốtpho trong nước thải.

Trong bể Anoxic, quá trình khử nitrat (denitrification) diễn ra, trong đó vi sinh vật chuyển hóa nitrat (NO₃⁻) thành khí nitơ (N₂), giúp loại bỏ Nitơ ra khỏi nước thải. Đồng thời, bể Anoxic cũng hỗ trợ loại bỏ Phốtpho thông qua quá trình photphorit hóa, khi vi sinh vật tích lũy Phốtpho trong tế bào, làm giảm lượng Phốtpho hòa tan trong nước thải.

Bể Anoxic thường được sử dụng trong các công nghệ xử lý nước thải như AAO (Anaerobic – Anoxic – Oxic) hoặc AO (Anoxic – Oxic), kết hợp với các bể kỵ khí và hiếu khí để tạo thành chu trình xử lý liên hoàn, nâng cao hiệu quả xử lý Nitơ và Phốtpho.

Cấu tạo bể Anoxic 

Cấu tạo chính của bể Anoxic gồm các bộ phận sau:

• Vỏ bể: Thường có hình hộp hoặc hình trụ, làm bằng bê tông cốt thép hoặc thép tùy theo công suất và thiết kế hệ thống.
• Thiết bị khuấy trộn chìm: Sử dụng máy bơm đảo, cánh quạt khuấy chìm hoặc máy khuấy để tạo lưu động nước, đảm bảo vi sinh vật thiếu khí phát triển và hạn chế oxy xâm nhập vào bể.
• Hệ thống cung cấp dinh dưỡng: Được lắp đặt để cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết giúp vi sinh vật thiếu khí sinh sôi, tăng hiệu quả xử lý nước thải.
• Hệ thống hồi lưu bùn: Dùng để thu hồi và tuần hoàn bùn vi sinh từ các giai đoạn xử lý khác hoặc từ chính bể Anoxic nhằm duy trì sinh khối vi sinh vật ổn định trong bể.

Nguyên lý hoạt động của bể anoxic

Nguyên lý hoạt động của bể Anoxic dựa trên quá trình sinh học thiếu khí, trong đó vi sinh vật thiếu khí sử dụng nitrat (NO₃⁻) làm nguồn oxy thay thế để phân hủy các hợp chất hữu cơ và chuyển hóa nitrat thành khí nitơ (N₂), từ đó loại bỏ Nitơ ra khỏi nước thải. Quá trình này gọi là khử nitrat (denitrification).

Cụ thể, nước thải sau khi đã qua giai đoạn kỵ khí (Anaerobic) và giảm đáng kể COD, BOD sẽ được đưa vào bể Anoxic để tiếp tục xử lý Nitơ và Phốtpho. Trong bể Anoxic:

• Quá trình khử nitrat diễn ra theo chuỗi phản ứng:

NH3 → NO3 → NO2 → NO → N2O → N2 (gas)

• Phương trình hóa học mô tả quá trình phản ứng Photphorit:

PO4-3 Microorganism (PO4-3)salt => sludge

• Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ trong nước thải (như methanol, axit axetic, glucose) làm nguồn cacbon để thực hiện quá trình khử nitrat.
• Đồng thời, vi sinh vật Acinetobacter tham gia vào quá trình photphorit hóa, chuyển các muối phốt pho (PO₄³⁻) trong nước thải thành bùn, giúp loại bỏ phốt pho hiệu quả.

Bể Anoxic thường được trang bị máy khuấy chìm hoặc cánh quạt khuấy để tạo lưu động nước, hạn chế oxy xâm nhập, tạo môi trường thiếu khí lý tưởng cho vi sinh vật phát triển và phản ứng diễn ra hiệu quả. Ngoài ra, hệ thống đệm sinh học (giá thể) cũng được sử dụng để tăng diện tích bám dính cho vi sinh vật thiếu khí.

Ưu và nhược điểm của bể Anoxic

Ưu và nhược điểm của bể Anoxic trong xử lý nước thải như sau:

Ưu điểm

• Hiệu quả xử lý cao: Bể Anoxic có khả năng xử lý tốt Nitơ và Phốtpho trong nước thải, với hiệu suất loại bỏ Nitơ và Phốtpho đạt từ 70% đến 90%.
• Xử lý BOD hiệu quả: Có thể xử lý lượng BOD trong nước thải đến khoảng 90%, giảm đáng kể các chất hữu cơ hòa tan.
• Tiết kiệm năng lượng: Do chỉ sử dụng máy khuấy chìm hoặc bơm đảo trộn, không cần cấp khí oxi nên tiêu thụ năng lượng thấp hơn so với bể hiếu khí.
• Vận hành đơn giản: Cách thức vận hành không phức tạp, dễ thao tác và kiểm soát.
• Xử lý được các chất hữu cơ khó phân hủy: Bể Anoxic có khả năng xử lý các hợp chất hữu cơ phức tạp, khó phân hủy.
• Tăng độ pH và cải thiện lắng bùn: Quá trình xử lý giúp tăng độ pH của nước thải sau xử lý, nâng cao khả năng lắng bùn và giảm bùn trong bể lắng tiếp theo

Nhược điểm

• Khả năng phân hủy BOD thấp trong bể riêng: Khi hoạt động riêng lẻ, bể Anoxic chỉ xử lý được khoảng ≤30% BOD, do đó thường cần kết hợp với bể hiếu khí để hoàn thiện quá trình xử lý.
• Chi phí đầu tư ban đầu cao: Thiết kế và xây dựng bể Anoxic đòi hỏi diện tích rộng và chi phí đầu tư ban đầu khá lớn.
• Phụ thuộc vào hệ thống kết hợp: Bể Anoxic thường không hoạt động đơn lẻ mà cần kết hợp với các bể kỵ khí và hiếu khí trong công nghệ AAO hoặc AO để đạt hiệu quả xử lý tổng thể.

 Những lưu ý khi thiết kế bể Anoxic và tùy chọn để tối ưu hiệu suất

Để thiết kế bể Anoxic tối ưu hiệu suất nhất thì bạn cần lưu ý một số vấn đề sau đây:

Lưu ý khí thiết kế để tối ưu hiệu suất

• Tại khu vực hiếu khí (cung cấp oxy) để khử nitrat hóa và 1 vùng không có oxy để xảy ra phản ứng khử cần lưu ý khi thiết kế.
• Cung cấp nguồn nước hữu cơ cần thiết và thêm ethanol, axicd axetic, metanol.
• Chủ yếu kiểm soát mức độ xử lý qua tốc độ tuần hoàn của nước thải.
• Hàm lượng oxy hòa tan DO <0,2mg/l và duy trì nhiệt độ trong bể đạt từ 30 – 36 độ C.

Những tùy chọn khi thiết kế

• Quá trình xử lý chủ yếu của anoxic là Ludzack-Ettinger.
• Quá trình thiếu khí có thể kết hợp ở tất cả các công nghệ xử lý nước thải như mương oxy hóa hay SBR.
• Quá trình thiếu khí ở các công nghệ đều gần giống nhau.
• Chủng vi sinh hoạt động chủ yếu là Anammox: NH4+ + NO- → N2 (gas) + 2H2O.

Nghiên cứu thêm về các loại bể lắng:

• Bể Lắng Ngang Là Gì? Ứng Dụng Trong Xử Lý Nước Thải
• Bể lắng cát: Tất tần tật những gì bạn cần biết
• Bể lắng đứng: Tổng quan, thiết kế và ứng dụng trong xử lý nước thải

Khắc phục sự cố khi vận hành bể Anoxic

Trong quá trình vận hành bể Anoxic, có một số sự cố thường gặp có thể ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý nước thải, phổ biến nhất là bùn nổi. Ngay sau đây cùng đi tìm hiểu về hiện tượng này cũng như cách khắc phục:

Các sự cố thường gặp khi vận hành bể Anoxic

Bùn nổi sự cố thường gặp nhất, khi các bông bùn nổi lên bề mặt bể, làm giảm hiệu quả xử lý và có thể gây tắc nghẽn các thiết bị. Nguyên nhân dẫn đến hiện tượng này do các yếu tố như máy khuấy trộn không đủ công suất và cách lắp đặt máy khuấy không đúng. Một lý do khác có thể là do lượng vi sinh vật trong bể ít ảnh hưởng đến hiệu quả phản ứng làm cho bùn hoạt tính nổi trên bề mặt.

Giải pháp khắc phục sự cố

Để khắc phục sự cố bùn nổi cần thực hiện một số biện pháp sau:

• Tạm thời không cho nước thải vào các bể.
• Tắt sục khí máy khuấy tại bể vi sinh thiếu khí (Anoxic) và bể vi sinh hiếu khí (Aerotank).
• Để bùn trong bể Anoxic lắng xuống hoàn toàn, khuấy 45 phút đến 1 tiếng sau đó bơm nước sau lắng.

Bể Anoxic kết hợp Aerotank

Kết hợp bể Anoxic và Aerotank là một trong những công nghệ xử lý nước thải sinh học phổ biến hiện nay. Khi áp dụng bể Anoxic kết hợp Aerotank cần cân nhắc đặt bể Anoxic trước hay sau Aerotank.

• Đặt bể Anoxic trước Aerotank: Do không phải bổ sung chất hữu cơ nên dễ dàng trong việc kiểm soát hàm lượng DO trong hệ thống. Nhược điểm là khí nito ở đầu vào thấp nên mất thời gian để hồi lưu qua lại giữa 2 bể thiếu khí và hiếu khí.
• Đặt bể Anoxic sau Aerotank: Ưu điểm là không phải mất công luân hồi nước thải, tuy nhiên cần cung cấp chất hữu cơ vào trong bể. Thêm vào đó, cần kết hợp máy móc để sục khí ở sau bể Anoxic nhằm loại trừ được khí Nitơ và tránh làm bùn nổi lên trong bể lắng.

Ưu điểm của hệ thống xử lý Anoxic – Aerotank

• Góp phần bảo vệ môi trường sạch đẹp và giữ nước thải không bị xả ra ngoài.
• Tránh được hiện tượng tắc cống hoặc bể phốt do chất thải.
• Phân hủy nhiều chất hữu cơ có hại, làm sạch mùi hôi thối khi xả ra ngoài.
• Kiểm soát được chất lượng nước khi xử lý và sử dụng trong đời sống dễ dàng hơn.

Những thông tin mà Môi trường Song Phụng chia sẻ trong bài viết trên chắc đã giúp bạn phần nào hiểu được bể Anoxic là gì rồi đúng không? Nếu còn bất cứ thắc mắc gì thì liên hệ ngay với chúng tôi để được giải đáp nhanh chóng nhất nhé!

Tìm hiểu các bể xử lý nước thải khác:

• Bể lắng Lamen: Nguyên lý hoạt động và so sánh với bể lắng thường
• Bể trung hòa là gì? Quy trình hoạt động của bể trung hòa thế nào?
• Bể hiếu khí là gì? Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bể hiếu khí