Trong hệ thống xử lý nước thải, bể kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí tạo ra những môi trường sinh học khác nhau để thực hiện các quá trình xử lý tương ứng. Sự khác biệt không chỉ nằm ở việc có hay không có oxy mà còn liên quan đến điều kiện sinh học, cơ chế chuyển hóa chất ô nhiễm, mục tiêu xử lý và cách vận hành từng công đoạn.
Vì vậy, không phải hệ thống nào cũng cần bố trí đầy đủ cả ba loại bể. Việc lựa chọn và kết hợp các môi trường sinh học cần dựa trên đặc tính nguồn thải, tải lượng ô nhiễm và yêu cầu chất lượng nước sau xử lý.
Điểm khác biệt cơ bản giữa ba môi trường nằm ở điều kiện oxy và các quá trình sinh học diễn ra bên trong. Đây cũng là yếu tố quyết định chức năng của từng bể trong dây chuyền xử lý nước thải.
|
Tiêu chí |
Bể kỵ khí |
Bể thiếu khí |
Bể hiếu khí |
|
Điều kiện môi trường |
Không có oxy hòa tan đáng kể | Oxy hòa tan rất thấp, có Nitrat/Nitrit tham gia quá trình sinh học | Có oxy hòa tan |
|
Quá trình đặc trưng |
Phân hủy kỵ khí | Khử Nitrat | Oxy hóa hữu cơ, Nitrat hóa |
|
Vai trò điển hình |
Xử lý chất hữu cơ đối với nguồn thải phù hợp | Loại bỏ Nitơ | Xử lý chất hữu cơ và Amoni |
|
Cấp khí |
Không | Không sục khí, thường khuấy trộn | Có hệ thống sục khí |
|
Sản phẩm đặc trưng |
CH₄, CO₂ và các sản phẩm chuyển hóa trong điều kiện phù hợp | N₂ | CO₂, sinh khối, NO₃⁻ khi Nitrat hóa |
|
Công nghệ thường gặp |
UASB, lọc kỵ khí... | A/O, A²/O... | Bùn hoạt tính, MBBR, IFAS... |
Một điểm dễ gây nhầm lẫn là bể kỵ khí và bể thiếu khí đều không được cấp khí như bể hiếu khí. Tuy nhiên, điều kiện sinh học của hai môi trường này không giống nhau.
Trong môi trường thiếu khí, oxy hòa tan được duy trì ở mức rất thấp và vi sinh vật có thể sử dụng Nitrat/Nitrit làm chất nhận electron trong quá trình khử Nitrat. Trong môi trường kỵ khí, không có oxy hòa tan và cũng không sử dụng Nitrat/Nitrit theo cơ chế này. Chính sự khác biệt về điều kiện sinh học tạo nên chức năng xử lý khác nhau của từng bể.
Mỗi môi trường sinh học phù hợp với những quá trình chuyển hóa nhất định. Hiểu được vai trò của từng bể sẽ giúp dễ hình dung vì sao một hệ thống có thể cần kết hợp nhiều công đoạn sinh học khác nhau.
Bể kỵ khí tạo môi trường cho các nhóm vi sinh vật phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy hòa tan. Trong quá trình phân hủy kỵ khí, chất hữu cơ được chuyển hóa qua nhiều giai đoạn bởi các nhóm vi sinh vật khác nhau. Khi điều kiện phù hợp và quá trình diễn ra hoàn chỉnh, một phần chất hữu cơ có thể được chuyển thành khí Methane (CH₄), CO₂ và các sản phẩm chuyển hóa khác.
Vai trò chính của bể kỵ khí gồm:
Trong thực tế, xử lý kỵ khí thường được xem xét đối với những nguồn nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao. Một số công nghệ thường gặp gồm UASB, lọc kỵ khí và các dạng bể kỵ khí sử dụng sinh khối lơ lửng hoặc sinh khối bám dính.
Tuy nhiên, hiệu quả và khả năng áp dụng còn phụ thuộc vào đặc tính nguồn thải, tải lượng hữu cơ, nhiệt độ, thời gian lưu và yêu cầu chất lượng nước đầu ra. Vì vậy, bể kỵ khí không phải công đoạn bắt buộc trong mọi hệ thống xử lý nước thải.
Bể thiếu khí thường được sử dụng trong các hệ thống cần xử lý Nitơ. Quá trình đặc trưng là khử Nitrat, trong đó Nitrat/Nitrit được chuyển hóa qua các bước trung gian và cuối cùng thành khí Nitơ thoát khỏi nước.
Vai trò chính của bể thiếu khí gồm:
Bể thiếu khí thường được khuấy trộn để duy trì sự tiếp xúc giữa nước thải và sinh khối nhưng không sục khí như bể hiếu khí. Trong nhiều sơ đồ công nghệ, nước chứa Nitrat từ vùng hiếu khí được tuần hoàn về vùng thiếu khí để tiếp tục quá trình xử lý Nitơ.
Quá trình khử Nitrat cũng cần nguồn carbon phù hợp để vi sinh vật hoạt động. Nguồn carbon có thể có sẵn trong nước thải hoặc được bổ sung tùy theo đặc tính nguồn thải và phương án vận hành của hệ thống.
Nguyên lý, cấu tạo và điều kiện vận hành của công đoạn này có thể tham khảo chi tiết hơn tại bài Bể Thiếu Khí Và Ứng Dụng Trong Xử Lý Nước Thải.
Bể hiếu khí sử dụng oxy để duy trì hoạt động của hệ vi sinh và thực hiện các quá trình oxy hóa sinh học. Đây là công đoạn phổ biến trong nhiều hệ thống xử lý nước thải sinh hoạt và công nghiệp.
Hai vai trò quan trọng của bể hiếu khí gồm:
Quá trình Nitrat hóa có thể hình dung theo chuỗi:
NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻
Tùy công nghệ, sinh khối trong bể hiếu khí có thể tồn tại ở dạng lơ lửng như công nghệ bùn hoạt tính, dạng màng vi sinh bám trên giá thể như MBBR hoặc kết hợp cả hai dạng như IFAS.
Khi hệ thống cần xử lý Nitơ, Nitrat hình thành trong vùng hiếu khí có thể được tuần hoàn về vùng thiếu khí để thực hiện quá trình khử Nitrat. Toàn bộ quá trình có thể hình dung theo chuỗi:
NH₄⁺ → NO₂⁻ → NO₃⁻ → N₂↑
Trong đó, quá trình từ Amoni đến Nitrat chủ yếu diễn ra trong môi trường hiếu khí, còn quá trình chuyển Nitrat thành khí Nitơ diễn ra trong môi trường thiếu khí. Hai công đoạn thực hiện những nhiệm vụ khác nhau nhưng có mối liên hệ trực tiếp trong quá trình xử lý Nitơ.
.jpg)
Hệ thống xử lý nước thải công suất lớn
Không có một công thức cố định rằng mọi hệ thống xử lý nước thải đều phải bố trí theo chuỗi kỵ khí – thiếu khí – hiếu khí. Việc lựa chọn cần bắt đầu từ thành phần ô nhiễm và mục tiêu xử lý của từng nguồn thải.
|
Mục tiêu, đặc tính nước thải |
Công đoạn thường được xem xét |
|
Tải lượng hữu cơ cao |
Kỵ khí kết hợp các công đoạn phía sau khi phù hợp |
|
Xử lý BOD, COD có khả năng phân hủy sinh học |
Hiếu khí |
|
Xử lý Amoni |
Hiếu khí để tạo điều kiện Nitrat hóa |
|
Xử lý Tổng Nitơ |
Kết hợp hiếu khí và thiếu khí |
|
Xử lý đồng thời hữu cơ, Nitơ và Photpho |
Xem xét sơ đồ kết hợp phù hợp như A²/O |
Đối với nước thải có tải lượng hữu cơ cao, công đoạn kỵ khí có thể được xem xét để giảm một phần tải lượng trước khi nước thải đi vào các công đoạn phía sau. Tuy nhiên, cần đánh giá khả năng phân hủy sinh học và đặc tính nguồn thải trước khi lựa chọn.
Nếu mục tiêu chủ yếu là xử lý BOD, COD có khả năng phân hủy sinh học và Amoni, môi trường hiếu khí thường đóng vai trò quan trọng. Khi yêu cầu đầu ra bao gồm Tổng Nitơ, hệ thống cần xem xét cả quá trình Nitrat hóa và khử Nitrat, khi đó sự phối hợp giữa môi trường hiếu khí và thiếu khí trở nên cần thiết.
Không phải hệ thống nào cũng cần bố trí đầy đủ cả ba môi trường. Việc bổ sung một công đoạn chỉ có ý nghĩa khi công đoạn đó phục vụ mục tiêu xử lý cụ thể và phù hợp với đặc tính nguồn thải.
Khi lựa chọn các công đoạn sinh học, cần xem xét:
Do đó, câu hỏi quan trọng không phải hệ thống cần bao nhiêu loại bể mà là nước thải có những thành phần nào cần xử lý và cần tạo ra những quá trình sinh học nào để đạt yêu cầu đầu ra.
Tùy đặc tính nguồn thải và mục tiêu xử lý, các môi trường sinh học có thể được kết hợp theo nhiều cách khác nhau. Thứ tự bố trí bể và các dòng tuần hoàn cũng ảnh hưởng trực tiếp đến chức năng thực tế của từng công đoạn.
Thiếu khí → Hiếu khí
Cách bố trí này thường được xem xét trong các hệ thống cần xử lý chất hữu cơ, Amoni và Nitơ. Tại vùng hiếu khí, Amoni được Nitrat hóa thành Nitrat. Dòng tuần hoàn nội bộ sau đó đưa một phần nước chứa Nitrat từ vùng hiếu khí trở lại vùng thiếu khí để thực hiện quá trình khử Nitrat.
Nhờ sự phối hợp giữa hai môi trường, Nitơ có thể được chuyển từ dạng Amoni sang Nitrat và tiếp tục thành khí Nitơ để loại khỏi nước thải.
Kỵ khí → Hiếu khí
Đối với một số nguồn nước thải có tải lượng hữu cơ cao, công đoạn kỵ khí có thể được bố trí trước để giảm tải hữu cơ. Nước thải sau đó tiếp tục được xử lý trong môi trường hiếu khí nhằm xử lý phần chất hữu cơ còn lại và các thành phần ô nhiễm khác theo mục tiêu đầu ra.
Việc áp dụng sơ đồ này phụ thuộc vào đặc tính nguồn thải và không nên xem là cấu hình cố định cho mọi hệ thống.
Kỵ khí → Thiếu khí → Hiếu khí
Việc kết hợp cả ba môi trường cho phép thực hiện nhiều quá trình sinh học khác nhau trong cùng một dây chuyền. Tuy nhiên, chức năng của từng vùng còn phụ thuộc vào công nghệ, đặc tính nước thải và cách tổ chức các dòng tuần hoàn.
Một ví dụ thường gặp là công nghệ A²/O với ba vùng Anaerobic – Anoxic – Oxic. Trong sơ đồ này, vùng kỵ khí tạo điều kiện cho các quá trình liên quan đến loại bỏ Photpho sinh học; vùng thiếu khí thực hiện khử Nitrat; trong khi vùng hiếu khí thực hiện oxy hóa chất hữu cơ, Nitrat hóa và các quá trình hấp thu Photpho liên quan. Dòng tuần hoàn nội bộ đưa nước đã Nitrat hóa từ vùng hiếu khí về vùng thiếu khí, giúp duy trì quá trình loại bỏ Nitơ.
Cần lưu ý, vùng kỵ khí trong công nghệ A²/O không nên được hiểu đơn giản là một bể kỵ khí dùng để phân hủy tải lượng hữu cơ cao giống UASB. Trong hệ A²/O, điều kiện anaerobic còn được tạo ra nhằm hỗ trợ quá trình loại bỏ Photpho sinh học. EPA cũng mô tả A²/O là cấu hình phục vụ đồng thời loại bỏ CBOD, Nitơ và Photpho.
Vì vậy, một hệ thống có ba bể kỵ khí – thiếu khí – hiếu khí nối tiếp nhau chưa đủ để kết luận đó là công nghệ A²/O. Cần xem xét chức năng thực tế của từng vùng, dòng tuần hoàn bùn, dòng tuần hoàn nội bộ và cách tổ chức quá trình sinh học trong toàn hệ thống.
.jpg)
Cần phải lựa chọn công nghệ, các loại bể phù hợp với nguồn và mục tiêu cần xử lý
Dù sử dụng bể kỵ khí, thiếu khí hay hiếu khí, hiệu quả xử lý vẫn phụ thuộc vào việc duy trì điều kiện phù hợp cho hệ vi sinh và quá trình sinh học cần diễn ra.
Một số yếu tố cần được theo dõi gồm:
Đối với hệ thống kết hợp nhiều bể, sự thay đổi ở một công đoạn có thể ảnh hưởng đến công đoạn tiếp theo. Chẳng hạn, quá trình Nitrat hóa tại bể hiếu khí không ổn định sẽ làm giảm lượng Nitrat đưa về bể thiếu khí, từ đó ảnh hưởng đến khả năng khử Nitrat.
Vì vậy, hiệu quả xử lý cần được đánh giá trên toàn bộ dây chuyền thay vì chỉ dựa vào trạng thái của một bể riêng lẻ.
Bể kỵ khí, thiếu khí và hiếu khí tạo ra những môi trường sinh học khác nhau và đảm nhiệm các quá trình xử lý khác nhau. Kỵ khí có thể được ứng dụng để phân hủy chất hữu cơ đối với nguồn nước thải phù hợp; thiếu khí đóng vai trò quan trọng trong quá trình khử Nitrat; trong khi hiếu khí đảm nhiệm xử lý chất hữu cơ và tạo điều kiện cho quá trình Nitrat hóa Amoni.
Không phải hệ thống xử lý nước thải nào cũng cần bố trí đầy đủ cả ba loại bể. Việc lựa chọn cần dựa trên đặc tính nguồn thải, tải lượng ô nhiễm, mục tiêu xử lý và điều kiện vận hành thực tế. Khi các môi trường được kết hợp, chức năng của từng bể và các dòng tuần hoàn cũng cần được thiết kế phù hợp để các quá trình sinh học hỗ trợ lẫn nhau.
Đại Nam cung cấp giải pháp từ khảo sát, tư vấn công nghệ, thiết kế đến thi công và vận hành hệ thống xử lý nước thải. Mỗi phương án được xây dựng dựa trên đặc điểm nguồn thải, công suất và yêu cầu đầu ra của từng dự án, hướng đến hiệu quả xử lý ổn định và thuận lợi trong quá trình vận hành lâu dài.
