Bể thiếu khí là gì?

Trong hệ thống xử lý nước thải sinh học, bể thiếu khí là một công trình quan trọng nhưng thường dễ bị nhầm lẫn với bể hiếu khí hoặc bể kỵ khí. Việc hiểu đúng bể thiếu khí là gì, nguyên lý hoạt động và vai trò của bể trong quá trình khử nitơ sẽ giúp chủ đầu tư, doanh nghiệp và người vận hành có cơ sở lựa chọn, thiết kế hoặc kiểm soát hệ thống xử lý nước thải hiệu quả hơn. 

1. Bể thiếu khí là gì?

Bể thiếu khí hay còn được gọi là bể Anoxic, là công trình xử lý sinh học được vận hành trong điều kiện không cấp oxy hòa tan trực tiếp nhưng vẫn có mặt các hợp chất oxy hóa như nitrat hoặc nitrit. Trong môi trường này, vi sinh vật sử dụng nitrat, nitrit thay cho oxy hòa tan để phân hủy chất hữu cơ và chuyển hóa nitơ.

Nói đơn giản, bể thiếu khí là nơi diễn ra quá trình khử nitơ trong nước thải. Nếu bể hiếu khí cần oxy để vi sinh vật xử lý chất ô nhiễm, thì bể thiếu khí lại cần duy trì môi trường ít hoặc không có oxy hòa tan để vi sinh vật khử nitrat hoạt động hiệu quả.

2. Nguyên lý hoạt động của bể thiếu khí

Bể thiếu khí hoạt động dựa trên mối liên kết giữa quá trình Nitrification ở bể hiếu khí và quá trình Denitrification ở bể thiếu khí. Có thể hiểu đơn giản: bể hiếu khí chuyển amoni thành nitrat, sau đó dòng nước chứa nitrat được đưa về bể thiếu khí để vi sinh vật tiếp tục khử nitrat thành khí nitơ và loại bỏ khỏi nước thải.

Quy trình các bước diễn ra như sau:

• Bước 1: Nước thải và dòng tuần hoàn đi vào bể thiếu khí: Nước thải sau bể điều hòa (hoặc sau bể keo tụ tùy công nghệ) được dẫn vào bể thiếu khí. Đồng thời, bùn tuần hoàn và nước tuần hoàn giàu nitrat từ bể hiếu khí cũng được đưa về bể này. Trong dòng tuần hoàn này chứa hàm lượng nitrat (NO3-) và nitrit (NO2-) được hình thành trong quá trình nitrat hóa ở bể hiếu khí.
• Bước 2: Máy khuấy hoạt động, tạo môi trường thiếu khí: Sau khi nước đi vào bể, máy khuấy chìm bắt đầu hoạt động liên tục nhằm trộn đều nước thải với bùn vi sinh, giữ bùn hoạt tính luôn ở trạng thái lơ lửng, tăng khả năng tiếp xúc giữa vi sinh vật và chất ô nhiễm, ngăn hiện tượng lắng bùn trong bể. Trong bể, hàm lượng oxy hòa tan (DO) luôn duy trì rất thấp, thường < 0,5 mg/L.
• Bước 3: Vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ làm nguồn năng lượng: Trong điều kiện không có oxy, vi sinh vật sử dụng chất hữu cơ có sẵn trong nước thải làm nguồn năng lượng và nguồn carbon.
• Bước 4: Vi sinh vật thực hiện quá trình khử nitrat: Khi không còn oxy hòa tan, vi sinh vật sẽ sử dụng nitrat (NO₃⁻) và nitrit (NO₂⁻) để thay thế oxy trong quá trình hô hấp. Nitrat sẽ được chuyển hóa từng bước theo chuỗi phản ứng: NO3- > NO2- > NO > N2O > N₂ (sinh ra khí nitơ).
• Bước 5: Khí nitơ thoát ra khỏi bể: Khí nitơ (N2) được tạo thành dưới dạng các bọt khí rất nhỏ. Các bọt khí này sẽ di chuyển lên phía trên, thoát ra khỏi mặt nước và bay vào khí quyển.
• Bước 6: Nước thải chuyển sang công đoạn xử lý tiếp theo: Nước sau bể thiếu khí được dẫn sang bể hiếu khí để tiếp tục oxy hóa BOD, COD và chuyển amoni (NH4+) thành nitrat (nếu theo công nghệ AO, AAO), hoặc các công trình xử lý tiếp theo như bể lắng, bể MBR hoặc bể khử trùng, tùy theo sơ đồ công nghệ.

Chu trình này được lặp đi lặp lại liên tục trong suốt thời gian hệ thống vận hành, giúp tối ưu hiệu quả xử lý nitơ bằng phương pháp sinh học. Đồng thời, trong suốt quá trình vận hành, hệ thống luôn duy trì dòng tuần hoàn từ bể hiếu khí về bể thiếu khí nhằm đưa nitrat vừa được tạo thành ở bể hiếu khí quay trở lại bể thiếu khí, duy trì quá trình khử nitrat diễn ra liên tục và nâng cao hiệu quả loại bỏ tổng nitơ.

Điều kiện vận hành: Hiệu quả của bể thiếu khí phụ thuộc vào nhiều yếu tố như đặc tính nước thải, nguồn carbon, tải lượng ô nhiễm, chế độ tuần hoàn, nồng độ bùn và công nghệ xử lý đang áp dụng. Vì vậy, các thông số thiết kế và vận hành cần được tính toán theo từng công trình cụ thể.

3. Vai trò của bể thiếu khí trong hệ thống xử lý nước thải

Trong hệ thống xử lý nước thải, bể thiếu khí giữ vai trò quan trọng trong việc xử lý các hợp chất nitơ, đặc biệt là nitrat và tổng nitơ. Khi được thiết kế và vận hành đúng, bể thiếu khí giúp hoàn thiện quá trình xử lý sinh học, hỗ trợ hệ thống đáp ứng tốt hơn các yêu cầu về chất lượng nước sau xử lý.

3.1. Cải thiện hiệu quả xử lý nitơ trong hệ thống 

Bể thiếu khí là công trình chính diễn ra quá trình khử nitrat, giúp chuyển hóa nitrat trong nước thải thành khí nitơ thoát ra ngoài. Nhờ đó, hệ thống có thể giảm hàm lượng tổng nitơ, thay vì chỉ chuyển amoni thành nitrat ở bể hiếu khí.

3.2. Giảm thiểu nguy cơ phú dưỡng tại nguồn tiếp nhận 

Trong nước thải sinh hoạt, nitơ thường phát sinh từ nước tiểu, thực phẩm, chất hữu cơ, chất tẩy rửa và các hoạt động sinh hoạt hằng ngày. Nếu không được xử lý phù hợp, nitơ có thể góp phần gây phú dưỡng nguồn nước tiếp nhận, làm suy giảm chất lượng môi trường nước.

3.3. Tăng hiệu quả xử lý sinh học của toàn hệ thống

Bể thiếu khí và bể hiếu khí có mối liên hệ chặt chẽ với nhau. Bể hiếu khí thực hiện quá trình nitrat hóa, còn bể thiếu khí tiếp tục khử nitrat, giúp chuỗi xử lý nitơ diễn ra hoàn chỉnh và ổn định hơn.

3.4. Phù hợp với nhiều loại nước thải có hàm lượng nitơ cao

Bể thiếu khí thường được xem xét trong các hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, nước thải khu dân cư, khách sạn, bệnh viện, trường học, nhà máy thực phẩm, thủy sản, chăn nuôi, chế biến nông sản, dược phẩm, hóa chất hoặc khu công nghiệp có nước thải hỗn hợp.

3.5. Đóng vai trò quan trọng trong công nghệ AAO và A2O

Trong công nghệ AAO hoặc A2O, bể thiếu khí là mắt xích nằm giữa vùng kỵ khí và vùng hiếu khí. Vùng kỵ khí có thể hỗ trợ xử lý photpho sinh học, vùng thiếu khí xử lý nitrat, còn vùng hiếu khí xử lý BOD, COD và amoni.

4. So sánh bể thiếu khí, bể hiếu khí và bể kỵ khí

Bể thiếu khí và bể hiếu khí đều là công trình xử lý sinh học, nhưng điều kiện vận hành và vai trò xử lý khác nhau. Bể hiếu khí tập trung xử lý chất hữu cơ và chuyển hóa amoni thành nitrat, trong khi bể thiếu khí tập trung khử nitrat thành khí nitơ.
Để dễ phân biệt, có thể so sánh thêm với bể kỵ khí vì đây cũng là một khái niệm dễ gây nhầm lẫn trong xử lý nước thải.

5. Những lưu ý khi thiết kế và vận hành bể thiếu khí

Thiết kế và vận hành bể thiếu khí cần được xem xét trong tổng thể toàn bộ hệ thống xử lý nước thải, đặc biệt là mối liên hệ với bể hiếu khí, dòng tuần hoàn và mục tiêu xử lý nitơ. Để bể thiếu khí hoạt động hiệu quả, không nên áp dụng thông số cố định cho mọi công trình mà cần tính toán dựa trên tính chất nước thải, công nghệ áp dụng, công suất hệ thống và yêu cầu chất lượng nước đầu ra.

• Xác định rõ mục tiêu xử lý nitơ: Nếu nước thải đầu vào có amoni hoặc tổng nitơ cao, hệ thống cần được tính toán để quá trình nitrat hóa tại bể hiếu khí và quá trình khử nitrat tại bể thiếu khí diễn ra đồng bộ.
• Đảm bảo khuấy trộn phù hợp: Bể thiếu khí cần có khuấy trộn để tránh lắng bùn và giúp vi sinh tiếp xúc đều với nước thải. Tuy nhiên, khuấy trộn không đồng nghĩa với cấp khí, vì oxy hòa tan quá cao có thể làm giảm hiệu quả khử nitrat.
• Kiểm soát nguồn carbon: Vi sinh khử nitrat cần chất hữu cơ dễ phân hủy để thực hiện quá trình Denitrification. Nếu nước thải thiếu carbon, hệ thống có thể cần điều chỉnh phương án vận hành hoặc bổ sung nguồn carbon theo tính toán chuyên môn.
• Tính toán dòng tuần hoàn nội bộ: Dòng tuần hoàn cần đưa đủ nitrat về bể thiếu khí để xử lý. Nếu tuần hoàn quá thấp, hiệu quả khử nitrat giảm; nếu tuần hoàn không phù hợp với thủy lực hệ thống, có thể gây xáo trộn hoặc ảnh hưởng đến công trình phía sau.
• Theo dõi dấu hiệu bất thường khi vận hành: Các hiện tượng như bùn nổi, mùi lạ, nước sau xử lý còn nitrat cao, bùn lắng kém hoặc hiệu quả xử lý nitơ không ổn định có thể liên quan đến thiếu carbon, tuần hoàn chưa phù hợp, oxy xâm nhập quá nhiều hoặc vi sinh chưa ổn định.
• Bảo trì thiết bị định kỳ: Máy khuấy, bơm tuần hoàn, đường ống và van điều tiết cần được kiểm tra định kỳ. Một lỗi nhỏ ở thiết bị khuấy trộn hoặc bơm tuần hoàn có thể làm giảm hiệu quả khử nitơ của toàn hệ thống.

6. Câu hỏi thường gặp

Trong quá trình tìm hiểu và vận hành hệ thống xử lý nước thải, nhiều doanh nghiệp thường có những thắc mắc liên quan đến bể thiếu khí. Những thắc mắc thường gặp liên quan đến vấn đề này bao gồm: 

6.1. Bể thiếu khí có cần cấp khí không?

Thông thường, bể thiếu khí không cấp khí như bể hiếu khí. Bể chỉ cần khuấy trộn để bùn vi sinh tiếp xúc đều với nước thải và hạn chế lắng cặn, vì nếu cấp khí quá nhiều sẽ làm mất điều kiện thiếu khí cần thiết cho quá trình khử nitrat.

6.2. Bể thiếu khí xử lý được những chỉ tiêu nào?

Bể thiếu khí chủ yếu hỗ trợ xử lý nitrat, nitrit và tổng nitơ. Ngoài ra, vi sinh trong bể cũng có thể sử dụng một phần chất hữu cơ dễ phân hủy làm nguồn carbon cho quá trình khử nitrat.

6.3. Khi nào hệ thống xử lý nước thải cần bố trí bể thiếu khí?

Bể thiếu khí thường được bố trí khi nước thải có yêu cầu xử lý nitơ, đặc biệt trong hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt, khu dân cư, khách sạn, bệnh viện, trường học, nhà máy thực phẩm, thủy sản, chăn nuôi hoặc các nguồn thải có hàm lượng amoni, tổng nitơ cao.

6.4. Bể thiếu khí có phát sinh mùi hôi không?

Nếu được thiết kế và vận hành đúng, bể thiếu khí thường không phát sinh mùi nghiêm trọng như bể kỵ khí. Tuy nhiên, khi bể vận hành không ổn định, tích tụ bùn lâu ngày hoặc thiếu kiểm soát, vẫn có thể xuất hiện mùi khó chịu.

Hy vọng những thông tin trên sẽ giúp Anh/Chị hiểu rõ hơn về Bể thiếu khí là gì, cách công trình này hoạt động và vai trò của bể thiếu khí trong hệ thống xử lý nước thải. Khi được thiết kế, bố trí và vận hành đúng, bể thiếu khí sẽ góp phần quan trọng vào quá trình xử lý nitơ, nâng cao hiệu quả sinh học và hỗ trợ hệ thống đáp ứng tốt hơn yêu cầu chất lượng nước sau xử lý.

Doanh nghiệp đang cần tư vấn thiết kế, cải tạo hoặc vận hành hệ thống xử lý nước thải có bố trí bể thiếu khí, bể hiếu khí theo công nghệ MBBR, MBR hoặc A2O? Môi Trường Hợp Nhất hỗ trợ khảo sát hiện trạng, đánh giá tính chất nước thải, đề xuất công nghệ phù hợp và tối ưu hệ thống theo mục tiêu xử lý thực tế. Liên hệ Hotline 0938.857.768 hoặc Để Lại Thông Tin tại Form Tư Vấn để được đội ngũ kỹ thuật Hợp Nhất tư vấn giải pháp phù hợp cho công trình của Anh/Chị.