Bể anoxic là gì? Cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng trong xử lý nước thải

Bể Anoxic là gì và vì sao nó đóng vai trò quan trọng trong xử lý nước thải sinh học? Đây là loại bể chuyên biệt giúp loại bỏ hiệu quả nitơ và photpho khỏi nước thải thông qua quá trình khử nitrat trong môi trường thiếu khí. Bài viết sẽ giúp bạn hiểu rõ khái niệm bể Anoxic là gì, nguyên lý hoạt động, cấu tạo cơ bản cũng như hướng dẫn xử lý sự cố thường gặp để hệ thống vận hành hiệu quả và ổn định.

Bể Anoxic là gì?

Bể Anoxic là một loại bể xử lý trong hệ thống xử lý nước thải sinh học, được thiết kế để tạo điều kiện thiếu khí (anoxic), nơi mà nồng độ oxy hòa tan (DO) gần như bằng 0. Mục đích chính của bể này là khử nitrat (NO₃⁻) thành khí nitơ (N₂) thông qua quá trình khử nitrat hóa (denitrification).

Trong điều kiện anoxic, vi sinh vật dị dưỡng sẽ sử dụng nitrat làm chất nhận electron thay vì oxy, từ đó chuyển hóa các hợp chất nitơ thành khí nitơ thoát ra ngoài môi trường.

Cấu tạo của bể Anoxic

Cấu tạo của bể Anoxic bao gồm ba bộ phận cơ bản nhằm hỗ trợ sự phát triển của vi sinh vật thiếu khí và nâng cao hiệu quả xử lý:

Thiết bị khuấy trộn chìm: Thường dùng máy bơm đảo trộn hoặc cánh quạt khuấy chìm bằng thép, giúp tạo lưu chất lỏng, duy trì điều kiện thiếu khí đồng đều, ngăn ngừa lắng cặn và tăng cường sự tiếp xúc của vi sinh vật với các chất dinh dưỡng.

Hệ thống cung cấp dinh dưỡng: Cung cấp các chất dinh dưỡng cần thiết như methanol, acetate để vi sinh vật thiếu khí sinh sôi, từ đó nâng cao hiệu quả xử lý nước thải.

Hệ thống hồi lưu bùn: Đưa bùn hoạt tính từ các bể xử lý khác (bể lắng hoặc bể hiếu khí) trở lại bể Anoxic nhằm duy trì nồng độ vi sinh vật, đảm bảo sinh khối để cho chu trình xử lý tiếp theo trong bể thiếu khí.

Lớp vỏ bể Anoxic có thể là bê tông cốt thép cho các hệ thống có công suất lớn hoặc thép cho các hệ thống nhỏ hơn, với hình dạng phù hợp như hình trụ hoặc hình hộp tùy theo điều kiện thiết kế. Sự trang bị đầy đủ các thiết bị hỗ trợ này giúp bể Anoxic gia tăng hiệu quả xử lý, tốc độ phản ứng và nâng cao hiệu suất xử lý nước thải nói chung

Cơ chế vận hành của bể Anoxic

Nguyên lý hoạt động của bể thiếu khí có thể được diễn giải theo từng giai đoạn như sau:

Giai đoạn tiếp nhận nước thải

Nước thải từ quá trình xử lý trước (thường là sau bể kỵ khí hoặc bể hiếu khí) được đưa vào bể Anoxic. Lúc này nước thải vẫn còn chứa các hợp chất nitơ như amoni (NH4+) và nitrat (NO3-), cũng như phốt pho cần phải xử lý tiếp.

Giai đoạn khuấy trộn và tạo môi trường thiếu khí

Máy bơm đảo trộn hoặc cánh quạt khuấy chìm sẽ duy trì sự tuần hoàn, khuấy trộn nước bên trong bể để tránh lắng cặn và đảm bảo môi trường thiếu khí (độ hòa tan oxy rất thấp, gần 0 mg/L). Vi sinh vật thiếu khí sẽ phát triển và hoạt động hiệu quả trong điều kiện này.

Giai đoạn khử nitrat (Denitrification)

Vi sinh vật thiếu khí sử dụng nitrat (NO3-) hoặc nitrit (NO2-) thay cho oxy để oxy hóa các hợp chất hữu cơ trong nước thải, đồng thời chuyển hóa nitrat thành khí nitơ (N2) theo chuỗi phản ứng:

NO3−→NO2−→NO→N2O→N2NO3−→NO2−→NO→N2O→N2

Khí nitơ được sinh ra sẽ bay ra ngoài không khí, giúp làm giảm nồng độ nitơ trong nước thải hiệu quả.

Giai đoạn photphorit hóa (loại bỏ phốt pho)

Các vi sinh vật như Acinetobacter hấp thụ phốt pho (PO4^3-) từ nước thải và tích lũy trong tế bào. Sau đó phốt pho được loại bỏ cùng với bùn vi sinh khi bùn được tách ra khỏi nước thải, góp phần giảm nồng độ phốt pho trong nước.

Giai đoạn hồi lưu bùn hoạt tính

Sau quá trình khuấy trộn và xử lý, bùn hoạt tính chứa vi sinh vật thiếu khí được hồi lưu từ bể lắng hoặc bể hiếu khí về bể Anoxic để duy trì nồng độ vi sinh vật cần thiết, đảm bảo hiệu suất xử lý ổn định liên tục.

Tìm hiểu thêm: Chỉ số BOD trong nước thải là gì? Ý nghĩa, cách đo và hướng xử lý hiệu quả

Sử dụng bể Anoxic kết hợp với bể hiếu khí (Aerotank)

Trong hệ thống xử lý nước thải sinh học, việc kết hợp bể Anoxic và bể hiếu khí (Aerotank) là phương pháp phổ biến nhằm loại bỏ hiệu quả các hợp chất chứa nitơ. Tùy theo mục tiêu xử lý và đặc điểm nguồn nước thải, bể Anoxic có thể được bố trí trước hoặc sau bể hiếu khí, mỗi cách sắp xếp sẽ phục vụ cho một chu trình xử lý sinh học khác nhau.

Trường hợp 1: Bể Anoxic đặt trước bể hiếu khí

Đây là cấu hình thường gặp trong quy trình xử lý AAO (Anaerobic – Anoxic – Oxic) hoặc UCT, nhằm thực hiện quá trình khử nitrat trước khi nước thải được đưa vào môi trường hiếu khí.

Cơ chế hoạt động:

Nước thải sau bể kỵ khí (nếu có) hoặc trực tiếp từ nguồn được dẫn vào bể Anoxic, nơi vi sinh vật thiếu khí sử dụng nguồn carbon trong nước để khử nitrat thành khí nitơ. Sau đó, nước thải tiếp tục được đưa vào bể hiếu khí để xử lý các chất hữu cơ và thực hiện quá trình nitrat hóa (chuyển amoni thành nitrat).

Ưu điểm:

• Giúp xử lý đồng thời nitrat và amoni hiệu quả.
• Hạn chế hiện tượng tích lũy nitrat trong bể lắng.
• Tận dụng nguồn carbon có sẵn trong nước thải đầu vào, không cần bổ sung thêm.

Nhược điểm:

• Hiệu quả xử lý nitrat phụ thuộc vào nồng độ carbon trong nước thải đầu vào.
• Có thể cần điều chỉnh tỉ lệ lưu lượng hồi lưu phù hợp.

Trường hợp 2: Bể Anoxic đặt sau bể hiếu khí

Cấu hình này thường được sử dụng trong các hệ thống xử lý nước thải có hàm lượng amoni cao hoặc cần khử nitrat hiệu quả hơn nhờ vào lượng nitrat tạo ra sau quá trình hiếu khí.

Cơ chế hoạt động:

Nước thải được xử lý trong bể hiếu khí trước, nơi xảy ra quá trình nitrat hóa (chuyển NH₄⁺ thành NO₃⁻). Sau đó, một phần nước hoặc bùn được tuần hoàn về bể Anoxic. Tại đây, vi sinh vật thiếu khí sẽ sử dụng chất hữu cơ (có thể được bổ sung thêm) để khử nitrat thành khí nitơ.

Ưu điểm:

• Hiệu quả xử lý nitrat cao do có sẵn lượng NO₃⁻ từ quá trình hiếu khí.
• Phù hợp với nguồn nước thải có hàm lượng amoni cao.
• Dễ kiểm soát và điều chỉnh thông số vận hành.

Nhược điểm:

• Có thể cần bổ sung carbon ngoài (methanol, acetate…) nếu nước sau hiếu khí thiếu nguồn carbon.
• Tăng chi phí vận hành do cần hệ thống tuần hoàn.

Những ngành nên ứng dụng bể Anoxic

Bể Anoxic xử lý hiệu quả nitơ, photpho và chất hữu cơ, phù hợp với các ngành có nguồn nước thải ô nhiễm cao và yêu cầu xử lý chuyên sâu. Một số lĩnh vực nên ứng dụng gồm:

• Công nghiệp chế tạo kim loại
• Hệ thống nhà máy và khu công nghiệp có quy mô sản xuất lớn
• Lĩnh vực sản xuất và chế biến thực phẩm, thủy sản và hóa chất
• Lĩnh vực dược phẩm, mỹ phẩm

Ngược lại, với các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt quy mô nhỏ như trường học, chung cư, bệnh viện…, bể Anoxic không tối ưu về mặt kinh tế do chi phí vận hành cao và cần duy trì lượng bùn hoạt tính ổn định.

Xem ngay: Màng lọc MBR – Công nghệ xử lý nước thải hiệu quả

 Xử lý những vấn đề khi sử dụng bể anoxic

Trong quá trình vận hành, sự cố thường gặp nhất ở bể Anoxic là hiện tượng bùn nổi lên bề mặt. Nếu không xử lý kịp thời, sự cố này sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả khử nitơ và gây mất ổn định cho toàn bộ hệ thống xử lý nước thải.

Nguyên nhân gây bùn nổi

Hiện tượng bùn nổi trong bể Anoxic thường bắt nguồn từ hai nguyên nhân chính:

• Thiết bị khuấy trộn không hoạt động hiệu quả: Máy trộn không khuấy đều khiến khí nitơ sinh ra trong quá trình khử nitrat không thoát hết ra ngoài, tích tụ trong bùn và đẩy bùn nổi lên bề mặt.
• Thiếu vi sinh vật thiếu khí: Khi mật độ vi sinh vật thấp, phản ứng khử nitrat diễn ra kém hiệu quả, tạo điều kiện khí tồn dư tích tụ trong bùn và gây nổi bùn.

Cách xử lý hiện tượng bùn nổi

Để khắc phục hiệu quả tình trạng bùn nổi trong bể Anoxic, có thể thực hiện theo các bước sau:

Bước 1: Tạm dừng cấp nước thải đầu vào

Ngắt dòng nước thải chảy vào bể Anoxic để ổn định điều kiện bên trong bể và tránh gia tăng tải lượng trong thời gian xử lý sự cố.

Bước 2: Tắt thiết bị khuấy trộn và hệ thống sục khí

Dừng toàn bộ máy khuấy trong bể Anoxic và máy thổi khí tại bể Aerotank để tạo môi trường yên tĩnh, giúp bùn lắng xuống đáy bể.

Bước 3: Chờ bùn lắng hoàn toàn

Quan sát quá trình lắng và đợi tối thiểu khoảng 60 phút để bùn ổn định dưới đáy bể.

Bước 4: Khởi động lại thiết bị khuấy trộn

Sau khi bùn đã lắng, vận hành lại máy khuấy trong khoảng 1 giờ để phá vỡ các túi khí tồn đọng và phân tán đều bùn trong bể.

Bước 5: Cấp lại nước thải đầu vào

Khi bể Anoxic đã ổn định, tiếp tục bơm nước thải vào để quy trình xử lý hoạt động trở lại bình thường.

Xem thêm: Hướng dẫn tự làm bể lọc nước 3 ngăn đơn giản

Kết luận

Bể Anoxic đóng vai trò thiết yếu trong quá trình khử nitrat và loại bỏ photpho, góp phần kiểm soát ô nhiễm và bảo vệ môi trường nước. Khi được thiết kế đúng kỹ thuật và kết hợp hợp lý với các công trình xử lý khác, bể Anoxic giúp nâng cao hiệu suất xử lý nước thải và đáp ứng các yêu cầu xả thải theo quy định.

Nếu bạn đang tìm kiếm giải pháp xử lý nước thải hiệu quả và bền vững, Công ty TNHH Môi Trường Hồng Thái sẵn sàng đồng hành cùng bạn. Với đội ngũ kỹ sư giàu kinh nghiệm và hệ thống công nghệ hiện đại, chúng tôi cam kết mang lại giải pháp tối ưu cho từng công trình cụ thể. Hãy liên hệ với Môi Trường Hồng Thái để được tư vấn chi tiết và triển khai hệ thống xử lý nước thải đạt chuẩn, an toàn và thân thiện với môi trường.