Bể Anoxic là một trong những công trình quan trọng trong các hệ thống xử lý nước thải. 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. Vậy bể Anoxic là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động ra sao? Bể được đặt ở vị trí nào trong hệ thống để mang lại hiệu quả cao? Đó là những gì NTSE sẽ chia sẻ với bạn qua bài viết sau để bạn có cái nhìn cụ thể hơn về bể Anoxic.
Bể Anoxic là gì?
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.
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. Bể Anoxic sẽ có cấu tạo với 3 bộ phận cơ bản gồm:
- Thiết bị khuấy trộn chìm bằng bơm hoặc cánh khuấy;
- Hệ thống cung cấp dinh dưỡng cho vi sinh thiếu khí phát triển;
- Hệ thống hồi lưu bùn lại bể Anoxic.
Nguyên lý hoạt động của bể Anoxic
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.
Khử nitrat
Trong đó quá trình khử nitrat là quá trình chuyển hoá các hợp chất nitơ thành nitơ phân tử (N2). 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 chúng thuộc loại tuỳ nghi, nghĩa là chúng sử dụng oxy, hoặc nitrat, nitrit làm chất oxy hóa (nhận điện tử) trong các phản ứng sinh hoá.
Quá trình khử nitrat xảy ra theo bốn bậc liên tiếp nhau với mức độ giảm dần hoá trị của nguyên tố nitơ từ +5 về +3; +2 ; +1 và cuối cùng về hoá trị 0
NO3– → NO2– → NO (khí) → N2O (khí) → N2↑ (khí)
Trong hệ khử nitrat bởi vi sinh, mức độ tiêu hao chất điện tử phụ thuộc vào sự có mặt của các chất oxy hoá (chất nhận điện tử) trong hệ như: oxy hoà tan, nitrat, nitrit và sunfat. Trong các hợp chất trên thì oxy hòa tan có khả năng phản ứng tốt nhất với các chất khử vì trong hệ luôn tồn tại cả loại vi sinh dị dưỡng hiếu khí và vi sinh tùy nghi Denitrifier. Vì vậy trong điều kiện thiếu oxy các vi sinh tùy nghi Denitrifier sẽ sử dụng oxy trong nitrat (NO3–), nitrit (NO2–), từ đó giải phóng khí N2.
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) và hợp chất hữu cơ chứa photphat, hai hợp chất sau chiếm tỉ trọng lớn hơn.
Chủng vi sinh vật tham gia vào quá trình Photphorin hoá là Acinetobacter. Các chất hữu cơ có trong nước thải 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) PO43- (dạng muối) → Bùn
Khả năng lấy Photpho của vi khuẩn kỵ khí tùy tiện Acinetobacter sẽ tăng lên rất nhiều khi cho nó luân chuyển các điều kiện oxy khác nhau.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình khử nitrat
Ảnh hưởng của oxy
Sự có mặt của nồng độ oxy quá lớn sẽ kìm hãm quá trình khử nitrat. Thiết bị khuấy trộn chìm sẽ 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 quá trình khử nitrat nằm trong một khoảng khá rộng từ 7 – 9, khi pH ngoài vùng tối ưu tốc độ khử nitrat giảm nhanh. Tại pH ~ 10 và pH ~ 6 tốc độ khử nitrat chỉ còn lại vài phần trăm so với vùng tối ưu.
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 quá trình khử nitrat tương tự như đối với quá trình xử lý hiếu khí của vi sinh vật tự dưỡng: tốc độ tăng gấp đôi khi tăng thêm 10oC trong khoảng nhiệt độ 5 – 25oC. Quá trình khử nitrat cũng có thể xảy ra trong vùng nhiệt độ 50 – 60oC, mặc dù ít được sử dụng trong thực tế. Trong điều kiện nhiệt độ cao, tốc độ khử nitrat cao hơn khoảng 50% so với 35oC.
Ảnh hưởng của chất hữu cơ
Bản chất của chất hữu cơ cũng ảnh hưởng đến tốc độ khử nitrat: 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.
Yếu tố kìm hãm quá trình khử nitrat
Tuy loại vi sinh Denitrifier ít bị ức chế bởi các loại độc tố nhưng vẫn là vấn đề cần quan tâm. Oxy có tác dụng ức chế enzym khử nitrit (nitrit reductase) và vì vậy làm giảm tốc độ khử nitrit. Oxy cũng là tác nhân ức chế enzym khử nitrat với mức độ mạnh hơn so với enzym khử nitrit.
Nitrit cũng là yếu tố kìm hãm tốc độ khử nitrat: tại pH ~ 7, nồng độ NNO2- > 14mg/ bắt đầu ức chế quá trình vận chuyển chất của vi sinh vật và làm dừng quá trình khi nồng độ đạt 350mg/l.
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 (dòng thải đầu vào cung cấp nguồn Cacbon)
Xem thêm: TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ BỂ THIẾU KHÍ (ANOXIC) THEO TỶ LỆ KHỬ NITRAT VÀ CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG KHÁC
Ưu điểm:
- Nguồn cơ chất cung cấp cho quá trình được cung cấp từ nước thải dòng vào.
- Dễ kiểm soát DO < 1 mg/l
Nhược điểm:
Hàm lượng Nitrat dòng vào thấp, do chưa đủ điều kiện nitrat hoá các hợp chất N thành nitrat. Vì vậy cần phải hồi lưu nước từ bể Aerotank về bể Anoxic.
Bể Anoxic đặt sau bể Aerotank (cung cấp nguồn Cacbon từ bên ngoài)
Ưu điểm:
Không cần phải hồi lưu nước từ bể Aerotank về bể Anoxic, do chế độ tự chảy.
Xem thêm: Bể sinh học hiếu khí : Cấu tạo, phân loại và nguyên lý hoạt động
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 sử dụng để tổng hợp tế bào trong bể Aerotank. Và cần có 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 ở vị trí nào sẽ khác nhau nhằm mang lại hiệu quả tối ưu. Với nhiều năm kinh nghiệm trong lĩnh vực thiết kế, thi công hệ thống xử lý nước thải, NTSE sẽ tư vấn giúp bạn vị trí lắp đặt bể mang lại hiệu quả tối ưu cũng như tính toán chi phí thông tiết kiệm nhất. Để biết thêm thông tin chi tiết, liên hệ ngay cho chúng tôi theo Hotline 0888 167 247
CÔNG TY TNHH KỸ THUẬT NTS
Trụ sở: Số 15, đường số 3, Khu dân cư Gia Hòa, Phường Phước Long B, TP. Thủ Đức, TP. Hồ Chí Minh
Điện thoại: 0888 167 247
Email: nts@ntse.vn
Website: https://ntse.vn/
Facebook: https://www.facebook.com/www.ntse.vn/
