Bể Anoxic trong xử lý nước thải: Khái niệm và Nguyên lý

Bể Anoxic trong xử lý nước thải là một trong các công trình có ý nghĩa quan trọng. Bể được ứng dụng với mục đích chính là xử lý N và P thông qua các quá trình Nitrat và Photphorin. Vậy, bể Anoxic là gì? Cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các quá trình ảnh hưởng đến sự vận hành của bể như thế nào? Hãy cùng tìm hiểu ngay trong bài viết dưới đây.

Bể Anoxic là gì?

Bể Anoxic hay còn được gọi là bể sinh học thiếu khí. Đây là công trình được sử dụng để xử lý N và P bằng hệ vi sinh thiếu khí trong điều kiện thiếu khí oxi.

Để mang lại hiệu quả cao, người ta thường kết hợp bể Anoxic với các bể khác trong hệ thống để tạo ra chu trình xử lý liên hoàn với các hệ sinh vật kỵ khí, thiếu khí, hiếu khí. Từ đó, mang lại hiệu quả làm sạch nước một cách tối ưu.

Ví dụ cụ thể như:

• Chu trình công nghệ AAO bao gồm các bể: Anaerobic – Yếm khí; Anoxic – Thiếu khí và Oxic – Hiếu khí.
• Chu trình công nghệ AO với các bể Anoxic – Thiếu khí và Oxic – Hiếu khí.

Cấu tạo của bể Anoxic

Lớp vỏ bể được cấu tạo từ nhiều nguyên liệu khác nhau. Trong đó phải kể đến như:

• Bằng bê tông cốt thép với những hệ thống công suất lớn.
• Bằng thép hình trụ hoặc hình chữ nhật với các hệ thống có công suất nhỏ.

Bể được cấu tạo bởi 3 bộ phận cơ bản như sau:

• Thiết bị khuấy trộn chìm: Thường sử dụng bơm hoặc cánh khuấy để hạn chế oxy phân bổ vào môi trường nước.
• Hệ thống cung cấp dưỡng chất: Mục đích là đảm bảo sự phát triển của các nhóm vi sinh vật thiếu khí. Từ đó, nâng cao hiệu quả xử lý nước thải.
• Hệ thống hồi lưu bùn lại bể Anoxic để đảm bảo sinh khối cho các chu trình xử lý tiếp theo.

Nguyên lý hoạt động của bể anoxic trong xử lý nước thải

Bể Anoxic bao gồm 2 chu trình cơ bản. Mục đích chính của hệ thống anoxic xử lý nước thải là xử lý N và P. Cụ thể như sau:

Khử nitrat

• Khử Nitrat là quá trình chuyển hoá các hợp chất nitơ thành nitơ dạng phân tử.
• Những chủng vi sinh đảm nhiệm nhiệm vụ này được gọi là Denitrifier.
• Trong đó có tới 14 chủng vi sinh vật có thể khử nitrat. Điển hình bao gồm: Bacillus, Pseudomonas, Paracoccus, Spirillum, Thiobacillus... Đa số đều thuộc nhóm tùy nghi. Do đó, có thể sử dụng oxy, Nitrat, Nitrit để làm chất oxy hoá.

Quá trình khử Nitrat diễn ra theo 4 bậc liên tiếp với mức độ hoá trị giảm cân từ +5 về +3; +2; +1 và cuối cùng về hoá trị 0. Cụ thể như sau:

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

Các chất hữu cơ mà vi sinh vật sử dụng để khử nitrat cực kỳ đa dạng. Ví dụ như: axeton, axit axetic, etanol, metanol, đường glucose, mật rỉ đường. Trong đó, methanol (CH₃OH) hay axit axetic là hai chất quan trọng và thường được ưu tiên để sử dụng.

Phương trình phản ứng như sau:

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

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

Điều kiện để xảy ra qua trình nitrat hoá là phải có nitrat (NO₃–) mới có thể diễn ra phản ứng hoá học.

Photphorin hóa

Photpho trong chất thải tồn tại dưới 3 dạng bao gồm: photphat đơn (PO43-), polyphotphat (P2O7) và hợp chất hữu cơ chứa photphat.

Tại chu trình này, chủng vi sinh vật tham gia chủ yếu là Acinetobacter. Tại đây, các chất hữu cơ trong nước thải sẽ được phân hủy, chuyển hoá thành hợp chất không chứa photpho.

Phương trình phản ứng như sau:

PO43- (Microorganism) PO43- (dạng muối) → Bùn

Theo các chuyên gia, khả năng khử photpho của vi khuẩn Acinetobacter sẽ tăng lên khi luân chuyển đến các điều kiện có mật độ oxy khác nhau.

Những yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nitrat khử

Nồng độ oxy

Nồng độ oxy quá cao sẽ gây ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình khử nitrat theo chiều hướng kìm hãm.

Thiết bị khuấy trộn được lắp đặt trong bể được sử dụng với mục đích là đảo đều nước thải, hạn chế oxy từ trong không khí khuếch tán vào trong môi trường nước.

Độ pH

Độ pH lý tưởng cho quá trình khử Nitrat diễn ra thuận lợi từ  7-9. Nếu độ pH nằm ngoài vùng tối ưu như pH ~10 và pH ~6 thì tốc độ khử sẽ giảm nhanh, chỉ còn lại vài phần trăm so với vùng tối ưu.

Đặc biệt, đối với nồng độ pH thấp có thể gây ra khí độc với vi sinh vật trong quá trình khử nitrat như N₂O, NO. Từ đó, làm giảm hiệu quả của các loại vi sinh.

Nhiệt độ

Trong khoảng nhiệt độ từ 5 - 25 độ C, tốc độ tăng trưởng của quá trình khử nitrat sẽ tăng lên gấp đôi nếu tăng thêm 10%.

Quá trình này cũng có thể xảy ra ở điều kiện nhiệt độ từ 0 - 60 độ C. Tuy nhiên, rất ít được ứng dụng trong thực tế. Ở điều kiện nhiệt độ cao, quá trình khử nitrat có thể tăng thêm 50% so với khi ở nhiệt độ 35 độ C.

Chất hữu cơ

Chất hữu cơ tan, dễ phân huỷ là điều kiện tốt nhất để thúc đẩy quá trình nitrat.

Theo nghiên cứu của các chuyên gia, tốc độ khử nitrat tăng dần nếu trong bể tồn tại các chất hữu cơ phân huỷ nội sinh. Do đó, để quá trình khử nitrat diễn ra thuận lợi, có thể đưa vào bể một số chất hữu cơ như: metanol, axit axetic.

Ngoài ra, một số nghiên cứu cũng cho thấy các chất hữu cơ từ nước thải lên men rượu, bia có thể đẩy nhanh tốc độ khử nitrat mạnh hơn so với metanol.

Những yếu tố kìm hãm

Nồng độ oxy quá cao sẽ ức chế enzym khử nitrit (nitrit reductase). Từ đó, quá trình khử nitrit bị suy giảm. Oxy cũng chính là nguyên nhân dẫn tới sự ức chế của enzym khử nitrat.

Nồng độ Nitrit trong bể cao cũng ảnh hưởng tới tốc độ khử nitrat. Theo đó, ở nồng độ pH ~ 7, nồng độ NNO2 -> 14mg sẽ dẫn tới ngăn chặn quá trình vận chuyển chất của vi sinh vật. Khi nồng độ đạt tới 350mg/l làm dừng quá trình khử nitrat.

Như vậy, bể Anoxic trong xử lý nước thải đóng vai trò hết sức quan trọng và cần thiết. Hy vọng những thông tin chúng tôi giới thiệu đã giúp các bạn hiểu rõ hơn về đặc tính của loại bể này. Nếu bạn muốn được giải đáp rõ hơn, hãy liên hệ với chúng tôi để được tư vấn về chi phí để xây dựng bể anoxic cụ thể từ các chuyên gia.