Bể Anoxic là gì và những điều cần biết trong xử lý nước thải

Bể Anoxic (Hay còn gọi là bể thiếu khí) là một trong những công trình quan trọng trong các hệ thống xử lý nước thải. Bể này thường có nhiệm vụ loại bỏ nitơ, photpho ra khỏi nước thải trước khi vào các bước xử lý tiếp theo. Bể Anoxic hoạt động trong điều kiện không có oxy hòa tan (DO ≈ 0 mg/L) nhưng vẫn có mặt của các chất oxy hóa khác như nitrat (NO₃⁻). Mục tiêu chính của bể là để thực hiện quá trình khử nitrat, nghĩa là xử lý và chuyển nitrat thành khí nitơ (N₂) để giải phóng khỏi nước dưới dạng khí.   

Trong hầu hết các loại nước thải đều có chứa hợp chất nitơ và photpho, những hợp chất này cần phải được loại bỏ ra khỏi nước thải trước khi xả ra nguồn tiếp nhận. Ở bài viết này, mời các bạn cùng NTS tìm hiểu chi tiết về các vấn đề liên quan tới bể Anoxic – bể trong hệ thống xử lý nước thải dùng để xử lý nitơ, photpho, cấu tạo, nguyên lý hoạt động và một số đặc điểm khác cần quan tâm. Qua bài viết, bạn có cái nhìn cụ thể hơn về bể Anoxic. 

Bể Anoxic là gì?  

Giới thiệu bể Anoxic 

Bể Anoxic còn được gọi với tên khác là bể sinh học thiếu khí. Tại bể Anoxic, trong điều kiện thiếu khí hệ vi sinh thiếu khí phát triển xử lý N và P thông qua quá trình khử Nitrat và Photphorin. 

Cách để bể Anoxic hoạt động hiệu quả 

Trên thực tế, tại các hệ thống xử lý nước thải, để mang lại hiệu quả xử lý N, P tối ưu, bể anoxic được kết hợp với các bể khác như: 

• Chu trình công nghệ AAO (Anaerobic – Yếm khí; Anoxic – Thiếu khí và Oxic – Hiếu khí); 

• Chu trình công nghệ AO (Anoxic – Thiếu khí và Oxic – Hiếu khí). 

Nước thải sẽ được xử lý liên hoàn bởi hệ sinh vật kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí, từ đó đạt hiệu quả xử lý tối ưu trước khi xả thải ra môi trường. 

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bể Anoxic  

Cấu tạo  

Bể Anoxic thường bằng bê tông cốt thép hoặc thép có hình trụ hoặc hình chữ nhật. Việc lựa chọn chất liệu và hình dạng phụ thuộc vào quy mô, nhu cầu của chủ đầu tư và đặc điểm địa hình thực tế tại công trình.  

Bể Anoxic sẽ có cấu tạo với 3 bộ phận cơ bản gồm: 

• Thiết bị khuấy trộn: Sử dụng bơm hoặc cánh khuấy chìm, đảm bảo nước trong bể luôn được khuấy trộn để tránh lắng cặn, duy trì điều kiện thiếu khí đồng đều trong bể và tạo điều kiện thuận lợi để vi sinh vật thiếu khí tiếp xúc với các chất dinh dưỡng. 

• Hệ thống cung cấp dinh dưỡng cho vi sinh: Dùng để cung cấp thêm các chất dinh dưỡng cho vi sinh thiếu khí như methanol, acetate. 

• Hệ thống hồi lưu bùn lại bể Anoxic: Dùng để dẫn bùn hoạt tính từ bể lắng hoặc bể hiếu khí về lại bể Anoxic để đảm bảo lượng vi sinh cần thiết cho quá trình xử lý.   

Nguyên lý hoạt động 

Quá trình diễn ra trong bể Anoxic là quá trình sinh học thiếu khí dựa vào các vi sinh tổng hợp tế bào sinh trưởng và phát triển trong điều kiện thiếu oxy nhằm loại bỏ các chất ô nhiễm trong hệ thống xử lý nước thải. 

2 quá trình chính diễn ra trong bể này là: 

• Quá trình khử nitrat 

• Quá trình Photphorin hóa 

Khử nitrat 

Quá trình khử nitrat là quá trình chuyển hoá các hợp chất nitơ thành nitơ phân tử (N2), giải phóng ra môi trường dưới dạng khí. Các chủng vi sinh thực hiện quá trình khử Nitrat có tên chung là Denitrifier bao gồm ít nhất 14 loại vi sinh có thể khử nitrat như Bacillus, Pseudomonas, Paracoccus, Spirillum, Thiobacillus,..  

Phần lớn các chủng vi sinh thuộc loại tuỳ nghi, nghĩa là chúng sử dụng cả oxy hòa tan lẫn nitrat (NO₃⁻) hoặc nitrit (NO₂⁻) làm chất nhận điện tử trong các phản ứng sinh hoá (phản ứng oxy hóa khử). 

Quá trình khử nitrat xảy ra theo bốn giai đoạn liên tiếp nhau, nó thể hiện mức độ giảm dần hoá trị của nguyên tố nitơ từ hóa trị +5 về 0: 

NO3– → NO2– → NO (khí) → N2O (khí) → N2↑ (khí) 

Trong hệ vi sinh, mức tiêu thụ chất cho electron (chất khử) phụ thuộc vào sự hiện diện của các chất nhận electron như: oxy hòa tan, nitrat, nitrit và sunfat. Trong đó, oxy hòa tan luôn được ưu tiên sử dụng trước, do hệ vi sinh thường bao gồm cả vi sinh hiếu khí dị dưỡng và vi sinh tùy nghi. Khi oxy cạn kiệt, vi sinh Denitrifier sẽ chuyển sang sử dụng oxy có trong NO₃⁻ và NO₂⁻, từ đó thực hiện quá trình khử nitrat và giải phóng khí nitơ. 

Các chất hữu cơ mà vi sinh Denitrifier có thể sử dụng khá đa dạng: từ nguồn nước thải, hoặc được cung cấp từ nguồn bên ngoài vào: axeton, axit axetic, etanol, metanol, đường glucose, mật rỉ đường. Trong đó metanol (CH3OH) hay axit axetic (CH3COOH) được ưu tiên sử dụng.

Phản ứng xảy ra như sau: 

6NO3– + 5CH3OH → 3N2↑  + 5CO2 + 7H2O + 6OH– 

8NO3– + 5CH3COOH →  4N2↑  + 10CO2 + 8OH– 

Trong 2 phản ứng trên ion hydroxyl (OH–) và khí cacbonic (CO2) hình thành kết hợp với nhau tạo thành bicacbonat (HCO3–) sẽ làm tăng pH. 

Tuy nhiên để xảy ra quá trình nitrat hoá thì điều kiện tiên quyết là cần có nitrat (NO3–), vì vậy quá trình nitrat hoá càng được quan tâm bởi các kỹ sư thiết kế. 

Photphorin hóa 

Hợp chất photpho tồn tại trong nước thải thường ở 3 dạng:  

• Photphat đơn (PO43-) 

• Polyphotphat (P2O7)  

• Hợp chất hữu cơ chứa photphat 

Trong đó, hai hợp chất sau chiếm tỉ trọng lớn hơn nhiều so với photphat đơn.  

Chủng vi sinh vật tham gia vào quá trình Photphorin hoá là Acinetobacter.  

Các chất hữu cơ có trong nước thải chứa photpho sẽ được chuyển hóa thành hợp chất không chứa photpho hoặc các hợp chất có chứa photpho nhưng dễ bị phân hủy với vi sinh vật hiếu khí ở quá trình tiếp theo.  

Phương trình phản ứng như sau: 

PO43- (Microorganism – từ nước thải) ->  PO43- (chuyển hóa thành dạng muối, nội bào) → Bùn 

Photpho được tích lũy trong tế bào vi sinh sẽ theo dạng bùn sinh học thì lúc này được loại bỏ ra khỏi hệ thống và được các đơn vị xử lý bùn thực hiện xử lý. 

Một lưu ý nhỏ là khả năng xử lý Photpho của vi sinh Acinetobacter sẽ tăng lên rất nhiều khi cho nó luân chuyển giữa các điều kiện kỵ khí và hiếu khí. Sự thay đổi này là yếu tố then chốt giúp kích thích khả năng hấp thu photpho mạnh mẽ của nhóm vi sinh vật này. 

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả xử lý của bể Anoxic 

Ảnh hưởng của oxy 

Sự có mặt của nồng độ oxy quá lớn sẽ kìm hãm quá trình xử lý các chất. Thiết bị khuấy trộn chìm được sử dụng với mục đích khuấy trộn đều nước thải và hạn chế oxy từ không khí khuếch tán vào nước. 

Ảnh hưởng của pH 

Cũng giống các quá trình xử lý sinh học khác, khoảng pH tối ưu cho hoạt động của bể anoxic nằm trong một khoảng khá rộng từ 7 – 9, khi pH ngoài vùng tối ưu tốc độ xử lý các chất giảm. 

Trong vùng pH thấp có khả năng xuất hiện các khí có độc tính cao đối với vi sinh vật từ quá trình khử nitrat như N2O, NO. Chúng có khả năng đầu độc vi sinh với nồng độ thấp. 

Ảnh hưởng của nhiệt độ 

Ảnh hưởng của nhiệt độ đến vi sinh vật là khá lớn. Trong đó, một điều đáng quan tâm đó là vùng nhiệt độ hiệu quả cho quá trình xử lý của vi sinh tại bể anoxic.  

Thông thường, bể anoxic được hoạt động tại mức nhiệt độ khoảng 35oC. Tuy nhiên, nếu tăng mức nhiệt độ này lên 50 – 60oC thì tốc độ khử nitrat cao hơn khoảng 50%. Điều này được ứng dụng khi có nhu cầu thúc đẩy hoạt động của vi sinh.  

Ảnh hưởng của chất hữu cơ 

Lượng chất hữu cơ và trạng thái của nó cũng ảnh hưởng đến tốc độ xử lý của vi sinh. Các chất hữu cơ tan, dễ phân huỷ tạo điều kiện tốt thúc đẩy tốc độ khử nitrat. Nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy tốc độ khử nitrat tăng dần khi sử dụng chất hữu cơ từ phân huỷ nội sinh, từ nguồn nước thải và chủ động đưa vào hệ như metanol, axit axetic. 

Tuy nhiên cũng có rất nhiều nghiên cứu cho thấy nguồn hữu cơ từ nhiều loại nước thải (lên men, bia, rượu,…) thúc đẩy tốc độ khử nitrat mạnh hơn so với metanol. 

Bể Anoxic đặt ở vị trí nào trong hệ thống xử lý nước thải?

Như đã chia sẻ ở trên, do nhu cầu sử dụng cơ chất từ nguồn cacbon hữu cơ để xây dựng tế bào của chủng vi sinh Denitrifier (thực hiện quá trình nitrat hoá). 

Vì vậy sẽ có 2 cách đặt bể Anoxic sao cho phù hợp với nguồn nước thải vừa tiết kiệm chi phí vừa đạt hiệu quả xử lý cao trước khi xả thải ra môi trường. 

Bể Anoxic đặt trước bể Aerotank  

 Cách thiết kế này được áp dụng khi nguồn carbon được cung cấp từ chính dòng nước thải đầu vào. Lúc này, hệ thống cần được tuần hoàn bùn hoạt tính.  

Ưu điểm:  

• Có sẵn nguồn cacbon, không cần bỗ sung từ bên ngoài. 

• Dễ kiểm soát và duy trì nồng độ DO < 1 mg/L, thuận lợi cho hoạt động khử nitrat. 

Nhược điểm: 

Hàm lượng nitrat đầu vào thấp vì chưa qua quá trình nitrat hóa. Do đó, cần phải hồi lưu một phần nước giàu nitrat từ bể Aerotank về bể Anoxic để đảm bảo hiệu quả khử. 

Bể Anoxic đặt sau bể Aerotank   

Cách thiết kế này được áp dụng khi nguồn carbon được cung cấp từ bên ngoài.  

Ưu điểm: 

Lúc này, dòng nước vào bể Anoxic đã giàu nitrat cho quá trình xử lý. Ngoài ra, khi thiết kế bể Anoxic sau bể Aerotank thì đa phần sẽ cho nước tự chảy mà không cần hệ thống hồi lưu nước. 

Nhược điểm: 

Cần cung cấp nguồn cơ chất (Cacbon)  để vi sinh Denitrifier thực hiện quá trình khử Nitrat. Vì nguồn C trong nước thải dòng vào đa số đã được vi sinh trong bể Aerotank sử dụng hết.  

Ngoài ra, cần có thêm công đoạn sục khí sau bể anoxic để loại bỏ khí nitơ. 

Như vậy tùy thuộc vào đặc điểm của từng hệ thống, đặc tính nước thải mà việc lắp đặt bể Anoxic sẽ được thiết kế khác nhau nhằm mang lại hiệu quả tối ưu.  

Xem thêm: Cách tính toán thiết kế bể Anoxic trong hệ thống xử lý nước thải

Nguyên nhân và cách khắc phục sự có bùn nổi ở bể Anoxic 

Hiện tượng bùn nổi trong bể sinh học thiếu khí thường xuất hiện trong quá trình vận hành. Để có thể giải quyết sự cố này kỹ thuật vận hành cần phải tìm hiểu kỹ nguyên nhân để đưa ra biện pháp xử lý tối ưu. 

Nguyên nhân gây ra sự cố bùn nổi ở bể Anoxic 

Sự cố bùn nổi ở bể Anoxic có thể do các nguyên nhân sau: 

• Máy khuấy trộn hoạt động không đạt yêu cầu: Máy khuấy trộn không đủ công suất hoặc cách lắp đặt máy khuấy không đúng kỹ thuật cũng sẽ gây ra hiện tượng bùn nổi trên bề mặt bể. 

• Sự cố từ quá trình tuần hoàn bùn: Bùn vi sinh tuần hoàn về bể anoxic ít hoặc quá nhiều, lưu lượng tuần hoàn không đủ hoặc quá dư, bơm tuần hoàn bị sự cố làm thiếu hoặc thừa lượng vi sinh trong bể anoxic.   

Cách khắc phục sự cố bùn nổi ở bể Anoxic 

Để khắc phục sự cố bùn nổi ở bể Anoxic, Kỹ thuật vận hành cần phải kiểm tra lại hệ thống kỹ lưỡng và đưa ra biện pháp xử lý phù hợp. Các bước cần thực hiện để khắc phục sự cố trên là: 

• Tạm ngưng cấp nước thải vào bể 

• Kiểm tra nồng độ DO trong bể và kiểm tra các thông số nước thải đầu ra để xem hiệu suất xử lý nitơ; 

• Bật bơm tuần hoàn bùn và tuần hoàn nước về bể anoxic để làm chênh lệch mực nước giữa hai bể anoxic về bể aerotank; 

• Kết hợp việc phá bùn và làm chênh lệch mực nước để đẩy bùn nổi ở bể anoxic về bể aerotank thông qua lỗ tràn sự cố, từ đó giảm lượng bùn bể anoxic; 

• Tiến hành kiểm tra tình trạng hoạt động của máy khuấy; 

• Kéo máy khuấy chìm ra khỏi bể để bảo trì. 

• Sau khi hoàn thành phá hết bùn nổi ở bể Anoxic, tiến hành khởi chạy lại hệ thống xử lý nước thải như ban đầu với lưu lượng thấp hơn lưu lượng lúc xảy ra sự cố và từ từ điều chỉnh lại lưu lượng chuẩn cho hệ thống. 

Với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực thiết kế, thi công hệ thống xử lý nước thải, Công Ty TNHH Kỹ Thuật NTS  sẽ tư vấn giúp bạn vị trí lắp đặt bể mang lại hiệu quả tối ưu cũng như tính toán chi phí tiết kiệm nhất. Để biết thêm thông tin chi tiết, liên hệ ngay cho chúng tôi theo Hotline 0888 167 247 

Tham khảo thêm: Về dịch vụ Về dự án Về sản phẩm