Bể SBR trong xử lý nước thải: Khái niệm, nguyên lý vận hành

• Tác giả: Nguyệt Nga
• Cập nhật: 02-07-2024
• Tham vấn chuyên môn: Nguyễn Văn Thưởng

Bể SBR trong xử lý nước thải đã và đang được áp dụng rất nhiều bởi nó mang lại kết quả tích cực trong việc loại bỏ chất nguy hại trong nước.

Bể SBR trong xử lý nước thải là gì?

Bể SBR (Sequencing Batch Reactor) là dạng bể tích hợp nhiều quy trình xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học có chứa những hợp chất hữu cơ và nồng độ nitơ cao. Dạng bể này chuyên dùng để xử lý nước thải bằng bùn than hoạt tính theo kiểu làm đầy rồi xả cặn kéo theo nhiều quy trình mẻ liên tục.

Tức là các khi nguồn nước thải được bơm vào bể sẽ phản ứng liên tục theo từng mẻ và diễn ra quá trình xử lý cùng rút nước trong cùng một bể, quy trình sẽ được lặp lại theo vòng tuần hoàn để đảm bảo hiệu quả xử lý tốt nhất.

Bể SBR được ứng dụng nhiều trong hệ thống xử lý nước thải công nghiệp, nước thải sinh hoạt,... Đây chính là phương pháp xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp hiệu quả cao mang lại những khía cạnh kinh tế tích cực và được ứng dụng nhiều từ các nước phát triển và đang phát triển.

Cấu tạo của bể

Bể SBR được cấu thành bởi 2 dạng bể khác nhau, bể Selector và bể C-tech, 2 loại này được thiết kế và tính toán một cách khoa học để đảm bảo trong quá trình vận hành đạt chuẩn và chất lượng. Bể Selector làm nhiệm vụ xử lý sơ bộ nguồn nước thải, còn bể C-tech sẽ tiến hành các bước quan trọng trong xử lý để đảm bảo nước đầu ra được xử lý triệt để.

Dù vậy cả hai bể đều bổ trợ tốt cho nhau, nếu thiếu một trong hai thì bể SBR xem như thất bại. Nguyên lý hoạt động cơ bản của bể này là: Nước đầu nguồn sẽ được bơm xả trực tiếp vào bể Selector tiến hành xử lý sơ bộ nguồn nước rồi trung chuyển sang bể trung gian để tiếp tục được lưu chuyển trực tiếp sang bể C-tech tiến hành những công đoạn tiếp theo của toàn hệ thống.

Ưu điểm bể SBR

• Khi tiến hành xây dựng bể SBR, bạn sẽ không cần thiết phải xây dựng bể lắng I, bể lắng II, bể Aerotank và cả bể điều hòa.
• Làm sạch gần như hoàn toàn những hợp chất hữu cơ có trong nước thải để đảm bảo an toàn cho nguồn thủy sinh có trong thủy vực cận khu.
• Mọi quy trình dù phức tạp nhưng đều được diễn ra trong cùng một bể xử lý nên mọi sự cố phát sinh đều có thể dễ dàng kiểm soát và xử lý sự cố một cách linh hoạt, nhanh chóng.
• Ứng dụng bể SBR vào hệ thống xử lý chính là để có thể hoàn thiện tốt nhiệm vụ trong hầu hết các hệ thống với những mức công suất khác nhau. Dù cao hay thấp đều tốt.

Nhược điểm thiết bị này

• Cần được vận hành theo một quy trình khá tinh vi và đòi hỏi sự tiên tiến bậc nhất.
• Đòi hỏi cao về mặt kỹ thuật nên kể cả người vận hành cho bể SBR cùng phải buộc là người có trình độ cao mới đảm bảo hệ thống hoạt động suôn sẻ.
• Dễ bị tắc nghẽn do bùn.
• Cần bổ sung thêm hệ thống điều hòa để phụ trợ khi quá tải.

Chuyên đề bể SBR trong xử lý nước thải

Quá trình loại bỏ Nitơ ra khỏi nước sẽ được chia làm 2 giai đoạn. Giai đoạn đầu được gọi là giai đoạn oxy hóa hợp chất nitơ hay còn được gọi là quá trình Nitrat hóa. Giai đoạn sẽ chịu trách nhiệm khử Nitơ từ hóa trị dương về 0 hay còn được gọi là quá trình khử Nitrat.

1. Giai đoạn đầu

Quá trình oxy hóa hợp chất Nitrat sẽ được diễn ra trong bể SBR tại pha sục khí được mô tả theo bảng hóa học sau:

NH₄ + 3O₂ ----> 2NO_2- + 2H₂O + H⁺ + tế bào mới

2 NO_2- + O₂ ----> 2NO₃- + tế bào mới

Tổng hợp từ hai phương thức trên ta có được:

NH₄⁺ + 2O₂ ----> NO_3- + 2H⁺ + H₂O

Hai phản ứng đầu tiên sẽ được thực hiện nhờ 2 chủng vi sinh Nitrosomonas và Nitrobacter. Hai chủng này mô tả tỷ lượng của amoni và oxy do vi sinh vật thực hiện nhằm duy trì sự tồn tại và khả năng phát triển của vi sinh vật.

Như vậy, nếu lấy hiệu suất sinh khối của cả hai chủng loại vi sinh là 0,17g/g N-NO3- sẽ tạo thành một phản ứng tổng thể oxy hóa Nitơ thành Nitrat như sau:

1,02 NH₄₊ + 1,89 O₂ + 2,02 HCO₃- ----> 0,021 C₅H₇O₂N + 1,06 H₂O + 1,92 H₂CO₃ + NO_3- (1-4)

2. Giai đoạn sau

Sẽ có 4 cấp bậc diễn ra trong giai đoạn này và hóa trị của Nitơ cũng sẽ được giảm dần từ 5+ về 3+, 2+, 1+.

Phương trình tổng được đưa ra như sau:

NO_3- => NO2- => NO (thể khí) => N₂O (thể khí) => N2 (thể khí)

Theo như phản ứng của Nitrat với các hợp chất hữu cơ như Methanol, ta sẽ có phương trình phản ứng hóa học như sau:

6NO₃ + 5CH₃OH ----> 3N₂ + 5CO₂ + 7H₂O + 6OH

Khi sử dụng hợp chất hữu cơ từ nguồn nước thải (C₁₈H₁₉O₉N), ta có phản ứng sau:

C₁₈H₁₉O₉N + NO_3- + H+ ----> N₂ + CO₂ + HCO_3- + NH₄ + H₂O

Nguyên lý vận hành bể SBR để xử lý nước thải

Những bể SBR sẽ hoạt động theo một chu trình khép kín với 5 pha: Pha làm đầy, pha sục khí, pha lắng, pha rút nước và pha nghỉ. Pha nghỉ chỉ là khoảng thời gian chờ đợi để nạp thêm một mẻ mới, thời gian này sẽ phụ thuộc vào thời gian vận hành. Vậy nên nước thải sẽ được xử lý chủ yếu ở 4 pha trước đó.

Pha làm đầy

Nguồn nước thải sẽ được đưa trực tiếp vào bể để xử lý trong vòng 1 - 3 tiếng tại pha này. Lúc này, trong bể sẽ xử lý chất thải và diễn ra các hoạt động phản ứng cho mẻ tiếp theo: Làm đầy - tĩnh, làm đầy - hòa trộn, làm đầy - sục khí. Tất cả những quá tình này sẽ phụ thuộc hoàn toàn vào hàm lượng BOD có trong nguồn nước thải đầu vào.

Khi nguồn nước được bổ sung vào pha làm đầy, đồng thời sẽ mang theo một lượng lớn thức ăn cho những vi sinh - bùn hoạt tính. Nên khi quá trình này diễn ra cũng tạo điều kiện để thúc đẩy quá trình phản ứng sinh hóa ở vi sinh trở nên mạnh mẽ hơn.

Pha sục khí

Nhằm mục đích cung cấp khí oxy vào trong nước và khuấy đều hỗn hợp các chất có trong bể, giúp thúc đẩy quá trình phản ứng sinh hóa giữa chất thải có trong bùn hoạt tính diễn ra thuận lợi nhất.

Khi quá trình sục khí diễn ra hay nói cách khác là quá trình khử Nitrat loại bỏ Nitơ để chúng chuyển hóa từ dạng N - NH3 thành N - NO2 và nhanh chóng chuyển thành N - NO3.

Pha lắng

Tại pha này, các chất hữu cơ sẽ được lắng dần xuống đáy, bước này cần diễn ra trong môi trường tĩnh và cần mất một khoảng thời gian để bùn có thể lắng và cô đặc lại. Thời gian chờ đợi có thể tầm khoảng 2 tiếng để bùn có thể lắng xuống hoàn toàn.

Pha rút nước

Sau khi bùn lắng xuống hoàn toàn ở đáy bể thì phần nước nổi ở phía trên sẽ được đưa ra khỏi bể và số lượng nước rút ra sẽ không đi theo kèm bất kỳ lượng bùn hoạt tính nào.

Những lưu ý bạn cần biết

Trong quá tình Nitrat hóa

Trong quá tình Nitrat hóa, cũng có những yếu tố cần được lưu ý như sau:

1. Nồng độ chất nền: Khi các chủng vi sinh vật oxy hợp chất hoặc hóa chất sẽ bắt đầu cho quá trình sinh khối, các tế bào này rất cần nitơ để duy trì và phát triển, vậy nên, cần đảm bảo nồng độ chất nền cao để tăng hiệu quả xử lý.
2. Nhiệt độ: Nhiệt độ càng cao tương đương với tốc độ cùng hiệu quả xử lý của bể SBR cũng trở nên tốt hơn.
3. Để oxi hóa 1 mol NH4+ sẽ cần khoảng 1 mol O₂, 4.57g Oxi/g Nitơ của hợp chất Amoni. Độ pH phải được đảm bảo ở mức 8 (có thể dao động từ 7,6 - 8,6), nhưng nếu pH < 6,2 hoặc pH > 10 sẽ gây nên tình trạng ức chế hầu đại đa số các vi sinh vật có trong bể.
4. Thời gian lưu bùn và những độc chất có trong nước thải cũng ảnh hưởng ít nhiều đến quá trình Nitrat hóa.

Trong vận hành

Trong vận hành sẽ có những yếu tố mà bạn cần chú ý tới để hạn chế ảnh hưởng đến quá trình khử Nitrat:

1. Tác động của Oxy không chỉ ảnh hưởng đến nồng độ trong những tụ hợp của bùn vi sinh mà nó còn tác động lên cả màng vi sinh.
2. Độ pH trong khoảng từ 7 - 9 được cho là tối ưu nhất cho quá trình khử nitrat.
3. Nhiệt độ cũng đóng vai trò rất quan trọng trong những bước khử Nitrat, khi nhiệt độ đạt mức từ 10 - 250 °C thì tốc độ của những vi sinh sẽ được tăng lên đến gấp đôi.
4. Nhưng khi nhiệt độ vận hành lên đến 50 - 600°C thì tốc độ của chúng sẽ chỉ đạt mức 50% so với khi nhiệt độ nằm ở khoảng 350°C.
5. Những hợp chất hữu cơ hòa tan, dễ phân hủy cũng tác động không ít đến quá trình thúc đẩy sự khử Nitrat.
6. Những quá trình vận hành trong bể SBR cũng trở thành những yếu tố kìm hãm.

Trên đây chính là tất cả những thông tin cần thiết về bể SBR trong xử lý nước thải, những thông tin này được sàng lọc kĩ càng từ những chuyên gia hàng đầu trong lĩnh vực vệ sinh môi trường. Nếu có bất kỳ thắc mắc hoặc muốn biết thêm thông tin, quý khách có thể liên hệ trực tiếp đến hotline 0913.543.469 để được hỗ trợ tư vấn và giải đáp.