Trong hệ thống xử lý nước thải hiếu khí, quá trình sục khí tiêu thụ 50–70% tổng năng lượng của toàn trạm. Do đó, việc lựa chọn và tối ưu hóa thiết bị khuếch tán khí đặt ngầm đóng vai trò then chốt trong việc nâng cao hiệu suất cung cấp oxy (OTE – Oxygen Transfer Efficiency) và giảm chi phí vận hành.

Nguyên lý cơ bản của công nghệ này dựa trên quá trình truyền khối (mass transfer) – đưa oxy từ không khí vào nước thông qua các bọt khí, để vi sinh vật hiếu khí sử dụng trong quá trình phân hủy chất hữu cơ.
 

1. Phân loại Thiết bị Khuếch tán Khí

Các thiết bị khuếch tán khí được chia thành ba nhóm chính dựa trên kích thước bọt khí, yếu tố trực tiếp ảnh hưởng đến diện tích tiếp xúc giữa oxy và nước, và do đó quyết định hiệu suất OTE.

1.1. Khuếch tán bọt khí nhỏ (Fine Bubble Diffuser)

• Đặc điểm: Tạo ra bọt khí có đường kính nhỏ nhất (0,5–3 mm), tăng diện tích tiếp xúc oxy.
• Cấu tạo: Đĩa hoặc vòm bằng sứ, màng nhựa EPDM hoặc PTFE có lỗ siêu nhỏ.
• Ứng dụng: Rộng rãi trong hầu hết các bể bùn hoạt tính.
• Hiệu suất OTE: 25–40% ở độ sâu khoảng 4,6 m (15 ft).
• Ưu điểm: Hiệu suất truyền oxy cao nhất, tiết kiệm năng lượng.
• Nhược điểm: Dễ bị tắc nghẽn nếu nước thải có nhiều dầu, mỡ hoặc chất rắn.

1.2. Khuếch tán bọt khí trung bình (Medium Bubble Diffuser)

• Đặc điểm: Tạo ra bọt khí có kích thước trung bình (3–5 mm).
• Cấu tạo: Ống nhựa cứng hoặc màng đục lỗ.
• Ứng dụng: Phù hợp với các bể lớn, dễ bảo trì.
• Hiệu suất OTE: 28–32% (kiểu hàng thẳng).

1.3. Khuếch tán bọt khí lớn (Coarse Bubble Diffuser)

• Đặc điểm: Bọt khí lớn (5–10 mm), tốc độ nổi nhanh, diện tích tiếp xúc nhỏ.
• Cấu tạo: Ống châm lỗ hoặc đầu phun đơn giản.
• Ứng dụng: Dùng chủ yếu để khuấy trộn, trong bể hiếu khí sơ cấp hoặc vùng tiếp xúc.
• Hiệu suất OTE: 15–29%.
• Ưu điểm: Không bị tắc nghẽn, bền.
• Nhược điểm: Hiệu suất truyền oxy thấp.

2. Ảnh hưởng của Thiết bị và Độ Sâu Lắp đặt đến Hiệu suất OTE

2.1. So sánh các loại thiết bị và kiểu lắp đặt

2.2. Ảnh hưởng của độ sâu lắp đặt

• Quy luật: Khi độ sâu tăng, hiệu suất OTE cũng tăng tuyến tính, do bọt khí có thời gian dài hơn để hòa tan oxy vào nước.
• Độ sâu tiêu chuẩn: 15 ft (≈ 4,6 m).
• Yêu cầu vận hành:
  • Duy trì nồng độ DO (oxy hòa tan) từ 1,5 – 4 mg/L.
  • Tốc độ khuấy trộn trong bể khoảng 0,2 m/s để giữ bùn lơ lửng.

3. Ứng dụng Oxy Tinh khiết và Ống Khuấy Tĩnh

3.1. Sục khí bằng Oxy tinh khiết

• Cơ chế: Thay vì dùng không khí (chỉ chứa 21% O₂), sử dụng oxy tinh khiết (>90% O₂) để tăng cường tốc độ truyền oxy.
• Hiệu quả: Hiệu suất OTE có thể đạt 80–90%, đặc biệt hiệu quả cho bể có tải trọng hữu cơ cao (COD/BOD lớn) hoặc khi cần giảm thể tích bể.
• Ưu điểm: Tăng hiệu quả xử lý trong không gian nhỏ; giảm năng lượng tiêu hao.

3.2. Ống khuấy tĩnh (Static Mixer)

• Cấu tạo: Ống thẳng đứng có các vách ngăn xoắn bên trong.
• Cơ chế hoạt động: Khi không khí đi từ dưới lên, các vách ngăn làm chậm và chia nhỏ luồng khí, tăng diện tích tiếp xúc giữa oxy và nước.
• Ứng dụng: Phù hợp với các bể hiếu khí cần khuấy trộn mạnh hoặc ao sinh học thông khí.

4. Tổng kết và Khuyến nghị Kỹ thuật

• Thiết bị bọt khí nhỏ (fine bubble) vẫn là lựa chọn tối ưu cho các trạm xử lý hiện đại nhờ hiệu suất OTE cao nhất (25–40%).
• Ống nhựa hàng thẳng là giải pháp cân bằng giữa hiệu suất và chi phí, thích hợp cho bể lớn.
• Độ sâu lắp đặt lớn hơn giúp tăng hiệu suất truyền oxy, song cần đảm bảo khả năng phân phối khí đều.
• Trong các hệ thống tải trọng cao, oxy tinh khiết có thể được xem như một giải pháp chiến lược để tối ưu năng lượng và hiệu suất xử lý.