Bể phản ứng xử lý nước thải là gì? Cấu tạo, ưu điểm, nguyên lý hoạt động.

Bể phản ứng là một công trình xử lý nước thải không thể thiếu trong các hệ thống xử lý nước thải hiện đại. Với công nghệ ngày càng phát triển, bể phản ứng đã trở thành giải pháp tối ưu để xử lý nước thải sinh hoạt, công nghiệp, góp phần bảo vệ môi trường và nguồn nước.

Bể phản ứng là gì?

Bể phản ứng, còn được gọi chuyên môn là bể SBR (Sequencing Batch Reactor), là một hệ thống xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học với chu kỳ hoạt động kéo dài. Quá trình này được thực hiện thông qua việc bơm nước thải vào bể theo từng đợt liên tục từ các khu vực như nhà máy hoặc khu dân cư.

Cụ thể, nước thải được đưa vào bể SBR theo từng mẻ riêng lẻ và qua nhiều giai đoạn xử lý. Sau khi hoàn thành, nước thải đã xử lý sẽ chuyển sang bể chứa trước khi ra môi trường. Để đạt hiệu suất tối ưu, quy trình xử lý cần diễn ra liên tục, đảm bảo các chất ô nhiễm được loại bỏ một cách hiệu quả nhất.

Cấu tạo bể SBR trong hệ thống xử lý nước thải

Những bộ phận chính của bể phản ứng bao gồm:

• Decanter thu nước.
• Ngăn phản ứng.
• Bơm bùn dư.
• Máy thổi khí.
• Ngăn chọn lọc vi sinh.
• Máy khuấy chìm.
• Dàn đĩa thổi khí.

Nguyên lý hoạt động của bể SBR

Bể phản ứng trong hệ thống xử lý nước thải hoạt động qua một chu trình tuần hoàn, bao gồm 5 pha liên tục, trong đó có 4 pha chính và 1 pha phụ.

• Các pha chính: Làm đầy, sục khí, lắng, và rút nước.
• Pha phụ: Pha nghỉ.

– Pha làm đầy: Nước thải được dẫn vào bể, và trong khoảng 1 đến 3 giờ, các quá trình xử lý diễn ra theo từng giai đoạn: làm đầy – tĩnh, làm đầy – hòa trộn, và làm đầy – sục khí. Mỗi giai đoạn này phụ thuộc vào hàm lượng BOD trong nước đầu vào. Trong quá trình này, nước thải được bổ sung thêm dưỡng chất để cung cấp cho vi sinh vật, hỗ trợ quá trình phân hủy sinh học diễn ra mạnh mẽ.

– Pha sục khí: Trong pha sục khí, bề mặt nước được làm thoáng để cung cấp oxy, tạo điều kiện cho quá trình khuấy trộn và giúp vi sinh vật phân hủy các chất hữu cơ. Hoạt động này thường diễn ra trong khoảng 2 giờ, với mục đích tạo phản ứng sinh hóa giữa nước thải và bùn hoạt tính. Trong quá trình này, nitơ chuyển đổi từ dạng NH3 (amoniac) sang NO2 (nitrit) và cuối cùng thành NO3 (nitrat), đánh dấu sự hoàn tất của quá trình nitrat hóa.

– Pha lắng: Đúng như tên gọi, pha này giúp các chất cần loại bỏ lắng xuống đáy bể trong môi trường tĩnh. Để các chất có thể hoàn toàn lắng đọng, thường mất khoảng 2 giờ.

– Pha rút nước: Trong giai đoạn này, bùn hoạt tính được giữ lại, và phần nước đã qua lắng sẽ được chuyển sang bước xử lý tiếp theo.

Quá trình loại bỏ nitơ trong bể phản ứng

Giai đoạn đầu tiên

Trong giai đoạn sục khí của bể SBR, quá trình oxy hóa hợp chất Nitrat diễn ra và được mô tả bằng các phản ứng hóa học sau:

• 2 NH4 + 3 O2 → 2 NO2 + 2 H2O + 1 H+ + Tế bào mới
• 2 NO2 + O2 → 2 NO3– + Tế bào mới

Dựa vào các phản ứng trên, ta có bảng hóa học sau:

• (NH4+ + 2 O2 → NO3- + 2 H+ + H2O)

Các phản ứng trên được thực hiện nhờ sự tác động của hai loại vi sinh Nitrosomonas và Nitrobacter. Hai loại vi sinh này chịu trách nhiệm biến đổi amoni và oxy thành nitrat để duy trì sự tồn tại và phát triển của vi sinh.

Giai đoạn hai

Trong giai đoạn này, quá trình loại bỏ nitơ diễn ra qua 4 bước liên tiếp, giảm hóa trị của nitơ từ +5 về +3, +2, +1.

Chúng ta có phương trình tổng quát như sau:

• (NO3- => NO2- => NO (khí) => N2O (khí) => N2 (khí))

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

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

Sau khi sử dụng chất hữu cơ từ nguồn nước thải (C18H19O9N), phản ứng hóa học diễn ra như sau:

• C18H19O9N + NO3- + H+ => N2 + CO2 + HCO3- + NH4+ + H2O.

Những quá trình trên giúp loại bỏ nitơ trong bể SBR và đảm bảo hiệu quả trong xử lý nước thải.

Ưu nhược điểm của bể SBR

Ưu điểm

Công nghệ này có tính ứng dụng đơn giản và không tốn kém quá nhiều chi phí. Bể SBR không yêu cầu xây dựng thêm các bể điều hòa hay Aerotank và cũng không cần bể lắng cấp một hoặc cấp nhiều.

• Linh hoạt vận hành: Chế độ hoạt động dễ dàng điều chỉnh theo lượng nước thải đầu vào.
• Tiết kiệm chi phí: So với các hệ thống xử lý thông thường, bể SBR giúp giảm chi phí mua sắm thiết bị nhờ thiết kế đơn giản và hiệu quả.
• Tự động vận hành: Bể có cơ chế hoạt động đơn giản, không đòi hỏi nhiều sự can thiệp từ con người.
• Kết cấu bền vững: Mặc dù thiết kế không phức tạp, bể có độ bền cao và tuổi thọ lâu dài.
• Hiệu quả xử lý cao: Bể SBR xử lý nước thải hiệu quả, đặc biệt trong việc loại bỏ Nitơ và Photpho.
• Chi phí đầu tư thấp: Do không cần lắp đặt thêm thiết bị, hệ thống có giá thành thấp và khả năng cạnh tranh tốt so với các giải pháp khác.
• Hoạt động ổn định: Bể có khả năng hoạt động ổn định, điều chỉnh dễ dàng theo lưu lượng nước thải.

Bể SBR là một lựa chọn phù hợp cho các hệ thống xử lý nước thải nhờ tính linh hoạt và hiệu quả kinh tế.

Nhược điểm

• Quá trình vận hành đòi hỏi nhân viên vận hành phải có trình độ cao.

Kết luận

Bể phản ứng là giải pháp hiệu quả và bền vững để xử lý nước thải, góp phần bảo vệ môi trường và nguồn nước sạch. Việc lựa chọn loại bể phản ứng phù hợp phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: lưu lượng nước thải, thành phần ô nhiễm, điều kiện địa hình và kinh phí đầu tư.