Trong cấu trúc của một hệ thống xử lý nước thải quy mô công nghiệp hay đô thị, bể Aerotank (bể sinh học hiếu khí) luôn đóng vai trò là “trái tim” của toàn bộ hệ thống. Đây là công trình quyết định trực tiếp đến hiệu suất bẻ gãy các liên kết hữu cơ phức tạp, giúp dòng thải đạt tiêu chuẩn xả thải môi trường trước khi ra nguồn tiếp nhận.
Tuy nhiên, để tối ưu hóa hiệu suất xử lý chất ô nhiễm và kiểm soát chi phí năng lượng cấp khí, các kỹ sư và chủ đầu tư cần thấu hiểu sâu sắc về cấu trúc động học của bùn hoạt tính cũng như các kịch bản vận hành bể. Bài viết kỹ thuật này của NTS Engineering sẽ phân tích chi tiết về cấu tạo, nguyên lý phân hủy 3 giai đoạn và các thông số kiểm soát cốt lõi của hệ thống Aerotank chuyên nghiệp.
Giới thiệu bể Aerotank
Tổng quan về bể Aerotank
Bể sinh học hiếu khí Aerotank là bể chứa hỗn hợp nước thải và bùn hoạt tính. Tại đây, oxy được cấp liên tục vào bể để xáo trộn đều nước thải và giữ cho bùn ở trạng thái lơ lửng. Trong bể, oxy được cấp liên tục để khuấy trộn đều và giữ cho bùn luôn lơ lửng. Nhờ đó, các vi sinh vật hiếu khí có điều kiện phát triển và phân hủy các chất hữu cơ trong nước thải. Quá trình này diễn ra hiệu quả trong môi trường có đủ oxy, nhiệt độ và pH phù hợp, giúp làm giảm đáng kể nồng độ các chất ô nhiễm trong nước.
Quá trình phân hủy chất hữu cơ xảy ra trong bể hiếu khí Aerotank
Quá trình phân huỷ chất hữu cơ của vi sinh vật hiếu khí mô tả bằng sơ đồ sau:
(CHO)nNS + O2 → CO2 + H2O + NH4+ + H2S + Tế bào mới + ΔH
Trong điều kiện hiếu khí NH4+ và H2S cũng bị phân huỷ nhờ quá trình Nitrat hóa, Sunfat hoá bởi vi sinh vật tự dưỡng:
NH4+ + 2O2 → NO3– + 2H+ + H2O + ΔH
H2S + 2O2 → SO42- + 2H+ + ΔH
Đặc điểm của bể Aerotank
Cấu tạo
Bể sinh học hiếu khí thường được cấu tạo bằng bê tông cốt thép hoặc bằng thép, có hình chữ nhật hoặc hình trụ tròn với chiều cao tối thiểu là 2,5m, đây là chiều cao giúp đảm bảo nồng độ oxy hòa tan được khuếch tán đều trong nước. Trong bể thường được bố trí hệ thống phân phối khí bằng: Đĩa thổi khí, Ecorator, MU-Aerator,… nhằm mục đích đảm bảo nồng độ oxy hòa tan (DO > 1,5 mg/l) nằm ở mức phù hợp cho vi sinh vật hiếu khí phát triển.
Phân loại
Bể Aerotank được phân loại như sau:
| STT | Cách phân loại | Phân loại chi tiết |
|
1 |
Theo bậc xử lý |
|
|
2 |
Theo tải trọng |
|
|
3 |
Theo quá trình tăng trưởng của vi sinh vật |
|
|
4 |
Theo phương pháp lọc |
|
Nguyên lý hoạt động của bể sinh học hiếu khí
Thông thường, bể sinh học hiếu khí sẽ trải qua 3 giai đoạn, đây chính là 3 quá trình sinh học chính. Từ đó giúp xử lý các chất hữu cơ, các chất ô nhiễm có trong nước thải.
Giai đoạn 1: Oxy hóa toàn bộ chất hữu cơ có trong nước thải
Ở giai đoạn này, các vi sinh vật hiếu khí sẽ sử dụng oxi để phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải thành CO2, H2O và NH3. Giai đoạn này để đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào của vi sinh vật hay nói cách khác là để tạo ra năng lượng cho quá trình sống và hoạt động của vi sinh vật.
CxHyOzN + (x+y/4 + z/3 +¾) O2 → xCO2 + [(y-3/2)/2] H2O + NH3
Giai đoạn 2: Quá trình đồng hóa
Quá trình đồng hóa chính là giai đoạn vi sinh vật tổng hợp xây dựng tế bào mới. Lúc này, các vi sinh vật tiếp tục sử dụng các chất hữu cơ để tổng hợp nên các tế bào mới cho cơ thể mình. Đây là giai đoạn mà các chất hữu được sử dụng và xử lý nhiều nhất.
CxHyOzN + NH3 + O2 → xCO2 + C5H7O2N
Giai đoạn 3: Quá trình dị hóa
Đây là giai đoạn hô hấp nội bào. Lúc này, các chất hữu cơ đã được phân hủy hết, hoặc gần hết. Khi không đủ cơ chất (cơ chất chính là các chất hữu cơ để vi sinh vật sử dụng), lúc này vi sinh vật tự phân hủy nội bào của mình.
C5H7O2N + 5O2 → xCO2 + H2O
Giai đoạn này sẽ diễn ra đồng thời quá trình nitrat hóa với sơ đồ hóa học như sau:
NH3 + O2 → CO2 + HNO3
Sau khi trải qua các giai đoạn xử lý, các chất ô nhiễm trong nước thải sẽ được chuyển hóa thành các chất không độc hại như: Khí CO₂, Nước (H₂O), Nitrat (NO₃⁻), Sulphat (SO₄²⁻). Từ đó giúp xử lý nước thải hiệu quả.
Bùn hoạt tính đối với bể sinh học hiếu khí
Sự hình thành của bùn hoạt tính
Trong quá trình xử lý nước thải, các vi sinh vật hiếu khí sử dụng chất hữu cơ làm nguồn dinh dưỡng để sinh trưởng. Chúng bám vào các hạt lơ lửng trong nước và liên kết với nhau, dần hình thành các cấu trúc kết bông gọi là bùn hoạt tính (bùn vi sinh). Các bông bùn khi kết lại với nhau đủ lớn và đủ độ nặng sẽ chìm xuống đáy bể tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng bùn, giúp việc tách bùn ra khỏi nước thải hiệu quả và từ đó giúp xử lý tốt nước thải.
Sự tuần hoàn bùn hoạt tính
Trên thực tế, vì thời gian nước lưu trong bể sinh học thường không đủ để tạo ra khối lượng bùn ổn định, nên một phần bùn sau khi lắng xuống ở bể lắng thứ cấp sẽ được thu hồi và bơm ngược trở lại bể sinh học hiếu khí Aerotank. Việc tuần hoàn bùn hoạt tính này giúp duy trì nồng độ vi sinh vật cần thiết, đảm bảo bể luôn hoạt động hiệu quả và ổn định trong việc xử lý chất ô nhiễm.
Ưu điểm, nhược điểm của bể hiếu khí Aerotank
Ưu điểm:
- Hiệu suất xử lý BOD lên đến 90%
- Loại bỏ được một phần Nitơ, P trong nước thải;
- Vận hành đơn giản, an toàn. Thích hợp với nhiều loại nước thải
- Thuận lợi khi nâng cấp công suất lên đến 30% mà không phải tăng thể tích bể
Nhược điểm:
- Tiêu tốn năng lượng để cung cấp oxy, phân phối khí cho hệ thống
- Phát sinh nhiều bùn thải
- Yêu cầu cần kiểm soát tốt các thông số như pH, DO, nhiệt độ, …
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sinh học hiếu khí
pH
pH tối ưu cho bể hiếu khí là trong khoảng 6,5 – 8,5. Nếu pH < 5 sẽ thúc đẩy nấm phát triển, pH > 9 sẽ phá hủy cân bằng nguyên sinh chất tế bào, vi sinh vật sẽ chết. Duy trì pH ổn định là điều kiện tiên quyết để hệ vi sinh vật phát triển khỏe mạnh và xử lý tốt chất ô nhiễm.
Tỉ lệ BOD/COD
Tỉ lệ này phản ánh mức độ dễ phân hủy sinh học của nước thải. Bạn cần duy trì trên mức 0,5 để đảm bảo hiệu quả xử lý cho hệ thống. Nếu thấp hơn, nước thải chứa nhiều chất khó phân hủy (như hợp chất vòng, clo hóa…), khiến vi sinh vật khó xử lý và hiệu suất giảm.
DO
Vi sinh vật hiếu khí cần đủ oxy để phân hủy chất hữu cơ. Lượng DO cung cấp vào bể cần nằm trong khoảng 2 – 4 mg/L.
- Nếu DO < 1 mg/L: Thiếu oxy, làm giảm tốc độ phân hủy hữu cơ.
- Nếu DO quá cao (> 6 mg/L): Không làm tăng hiệu suất đáng kể, nhưng làm lãng phí năng lượng cấp khí.
Tỷ lệ chất dinh dưỡng
Vi sinh vật cần đầy đủ các nguyên tố: Carbon (C), Nitơ (N), và Photpho (P) để tổng hợp tế bào mới. Do đó chúng ta cần duy trì tỷ lệ dinh dưỡng trong bể, cụ thể:
- Nếu tính theo BOD5 (C:N:P) = 100:5:1
- Nếu tính theo COD (C:N:P) = 150:5:1
Nhiệt độ
Nhiệt độ thích nghi với đa số vi sinh vật khoảng 25o – 37oC, đây là khoảng để các vi sinh vật phát triển tốt.
- Nếu < 15°C: Làm chậm hoạt động của vi sinh vật
- Nếu > 40°C: Chết vi sinh hoặc giảm hoạt tính của vi sinh
Tỷ lệ F/M
Đây là chỉ số thể hiện sự cân bằng giữa lượng chất hữu cơ và lượng vi sinh vật có sẵn để xử lý.
- F/M > 1 tức là dư thừa dinh dưỡng nên vi khuẩn sinh trưởng nhanh, khó tự hủy và dẫn đến khả năng tạo bông kém, nước đục và bùn khó lắng
- F/M < 1 tức là thiếu dinh dưỡng, khi đó các vi khuẩn dạng sợi phát triển làm xốp bùn dẫn đến khả năng lắng bùn kém
Ngoài ra, quá trình xử lý hiếu khí còn phụ thuộc vào các yếu tố khác nồng độ muối vô cơ, lượng chất lơ lửng chảy vào bể xử lý cũng như các loài vi sinh vật và cấu trúc của các chất bẩn hữu cơ.
Kết luận
Bể Aerotank là giải pháp nền tảng mang lại hiệu suất bẻ gãy chất hữu cơ (BOD, COD) vượt trội cho các dự án xử lý nước thải tập trung. Tuy nhiên, để trạm hiếu khí vận hành ổn định, không gặp sự cố bung bùn hay chết vi sinh đòi hỏi một quy trình kiểm soát nghiêm ngặt các chỉ số kỹ thuật từ DO, pH, tỷ lệ dinh dưỡng đến tốc độ tuần hoàn bùn hoạt tính từ bể lắng thứ cấp.
Với hơn 13 năm là đơn vị thầu công nghệ môi trường chuyên nghiệp, NTS Engineering không chỉ cung cấp các giải pháp thiết kế trạm Aerotank tối ưu mặt bằng mà còn hỗ trợ doanh nghiệp cải tạo, nâng cấp công suất hệ thống hiếu khí sẵn có lên đến 30 phần trăm mà không cần tăng thể tích xây dựng thô.
Quý Chủ đầu tư, Nhà thầu chính và Đơn vị tư vấn thiết kế cần hỗ trợ chạy toán dự án, lập phương án cơ điện (M&E) hoặc xử lý sự cố vi sinh bể hiếu khí, vui lòng liên hệ phòng kỹ thuật dự án NTS Engineering:
-
Hotline Dự án và Hỗ trợ Kỹ thuật: 0888 167 247
-
Website chính thức: ntse.vn – Đối tác công nghệ môi trường hàng đầu của các doanh nghiệp.
>> Tham khảo thêm các bài viết liên quan:
- Bể Anoxic là gì và những điều cần biết trong xử lý nước thải
- Chi tiết 8 công nghệ cho hệ thống xử lý nước thải công nghiệp
