1. Bể kỵ khí (Anaerobic tank)

Mục đích:

• Phân hủy chất hữu cơ trong điều kiện không có oxy.

• Giúp giảm BOD, COD, giảm lượng chất hữu cơ trước khi chuyển sang các công đoạn sau.

• Tạo khí sinh học (biogas: CH₄, CO₂) có thể tận dụng làm năng lượng.

 Nguyên lý hoạt động:

• Trong môi trường không có oxy hòa tan (DO ≈ 0), vi sinh vật kỵ khí sẽ phân hủy các chất hữu cơ phức tạp qua 4 giai đoạn:

  1. Thủy phân (Hydrolysis): Phân hủy các hợp chất lớn (protein, tinh bột, chất béo) → các hợp chất nhỏ (acid béo, đường, amino acid).

  2. Axit hóa (Acidogenesis): Các chất nhỏ tiếp tục biến đổi → acid hữu cơ, H₂, CO₂.

  3. Acetogenesis: Tạo thành acid acetic, H₂, CO₂.

  4. Methanogenesis: Vi sinh vật methan hóa biến acid acetic → CH₄ và CO₂.
     CH₃COOH → CH₄ + CO₂

 Ví dụ bể kỵ khí:

• Bể UASB (Upflow Anaerobic Sludge Blanket)

• Bể Biogas, bể Septic, bể EGSB

2. Bể thiếu khí (Anoxic tank)

 Mục đích:

• Khử nitrat (NO₃⁻) thành khí nitơ (N₂) → giúp loại bỏ nitơ trong nước thải.

• Chuẩn bị cho quá trình xử lý sinh học nâng cao (A/O, A²/O, MBBR, MBR…).

Nguyên lý hoạt động:

• Trong điều kiện thiếu oxy hòa tan (DO < 0,5 mg/L) nhưng có nitrat (NO₃⁻),

• Vi sinh vật thiếu khí (denitrifying bacteria) sử dụng oxy trong NO₃⁻ để oxy hóa chất hữu cơ → chuyển NO₃⁻ → N₂ thoát ra ngoài.
  2NO₃^- + 10e^- + 12H⁺ → N₂ + 6H₂O

• Quá trình này gọi là khử nitrat (denitrification).

 Đặc điểm:

• Không sục khí, chỉ khuấy trộn nhẹ để giữ bùn lơ lửng.

• Thường nhận dòng hồi lưu từ bể hiếu khí chứa NO₃⁻.

 3. Bể hiếu khí (Aerobic tank)

 Mục đích:

• Phân hủy chất hữu cơ còn lại bằng vi sinh vật hiếu khí.

• Chuyển hóa amoni (NH₄⁺) → nitrat (NO₃⁻) (quá trình nitrat hóa).

• Giúp nước sau xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải.

 Nguyên lý hoạt động:

• Cung cấp oxy liên tục (DO = 2–4 mg/L) bằng máy thổi khí hoặc dàn sục khí.

• Vi sinh vật hiếu khí sử dụng oxy để oxy hóa các chất hữu cơ:
  C_xH_yO_z + O₂ → CO₂ + H₂O + {Tế bào mới}

• Đồng thời, vi khuẩn nitrat hóa chuyển hóa amoni:
  NH₄⁺ → NO₂^- → NO₃^-

 Các dạng bể hiếu khí:

• Bùn hoạt tính (Aerotank)

• MBR (Membrane Bioreactor)

• MBBR (Moving Bed Biofilm Reactor)

• RBC (Rotating Biological Contactor)