Bể UASB trong xử lý nước thải: Công nghệ tiên tiến và hiệu quả

Bể UASB (Chăn bùn kỵ khí dòng chảy ngược) còn được gọi là bể xử lý sinh học dòng bơi ngược qua lớp trâu khí, là một công nghệ xử lý nước thải tiên tiến sử dụng vi sinh vật kỵ khí để phân hủy chất hữu cơ. Loại bể này được sử dụngBể UASB trong xử lý nước thải: Công nghệ tiên tiến và hiệu quả được sử dụng rộng rãi trong xử lý nước thải, đặc biệt là nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao. Bài viết này sẽ cung cấp thông tin phản hồi về bể UASB trong xử lý nước thải, bao gồm nguyên lý vận hành, thiết kế cấu hình cũng như hiệu quả và ứng dụng thực tế của công nghệ này.

Cấu hình UASB của bể trong quá trình xử lý nước thải

Cấu hình tạo UASB của bể thường bao gồm 3 phần: 

• Nền tảng phân tích hệ thống
• Tầng xử lý
• Hệ thống phân tách pha

Hình 1: Cấu hình bể UASB trong xử lý nước thải

Nguyên lý hoạt động của bể UASB trong xử lý nước thải:

Đưa nước đón vào bể: Nước được đưa từ phía dưới bể lên và đi qua lớp lọc kỵ khí với tốc độ <1km/h

Tạo lớp bùn dạng hạt: Lúc này, độ pH được duy trì trong khoảng 6,6 – 7,6 để phát triển vi sinh vật kỵ khí. Tạo ra một bộ lọc từ nước thải và bùn.

Phân chia vô hữu cơ và tạo khí metan: Từ sên hợp lý trên, vi sinh vật sẽ phân hủy các chất hữu cơ có trong nước thải, từ đó khí metan và carbon dioxide được tạo ra.

Tách pha khí – sừng – rắn: Sau khi hoàn tất quá trình xử lý nước thải, lượng khí metan vẫn còn bám vào bùn và cùng với khí tự động làm nổi lên trên bề mặt. Người ta sử dụng các tấm chắn ngang, tạo điều kiện dễ dàng cho chất khí bay lên và được hấp thụ hoàn toàn bởi dung dịch NaOH từ 5 – 10%. Phần bùn còn lại lắng xuống đáy bể và nước đi qua yên ngựa, tiếp tục dẫn đến bể xử lý tiếp theo.

Hình 2: Nguyên lý hoạt động của bể UASB

>>>Xem thêm: Xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học 

Các giai đoạn xử lý tại bể UASB trong xử lý nước thải:

Giai đoạn 1 (Thủy phân) : Các vi sinh vật kỵ khí thủy phân các chất hữu cơ thành các chất đơn giản

Giai đoạn 2 (Axit hóa) : Vi sinh vật lên men và chuyển hóa các axit hữu cơ , rượu, CO2 và nước. Sản phẩm của quá trình này sẽ phụ thuộc vào thành phần cơ sở, độ pH và nhiệt độ của môi trường.

Giai đoạn 3 (Axetat hóa): Vi sinh vật kỵ khí chuyển hóa các axit hữu cơ thành axit axetic, axit axetic là sản phẩm trung gian làm thức ăn cho các vi sinh vật kỵ khí khác

Giai đoạn 4 (Metan hóa) : Vi sinh vật sử dụng hydro để khử CO2 và tạo khí CH4.

Ưu điểm và nhược điểm của UASB

Ưu điểm của UASB trong xử lý nước thải

• Hiệu quả xử lý cao: bể UASB có khả năng xử lý 80-90% COD, khử hiệu quả BOD, giảm thiểu SS trong nước thải.
• Tốc độ tải cao: Lò phản ứng UASB có thể xử lý lượng nước thải lớn với tốc độ lên tới 15kg COD/m3.d
• Tạo khí cụ (CH4): Quá trình phân tích hữu ích trong bể UASB tạo ra lượng khí đáng kể. Khí metan này có thể được sử dụng làm nhiên liệu hoặc sản xuất điện.
• Ít bảo trì: Bền bỉ, ít xảy ra sự cố, chi phí bảo trì thấp.
• Tiết kiệm chi phí: Tiêu thụ năng lượng thấp, ít hóa chất, hạn chế lượng thải.

Nhược điểm của UASB trong xử lý nước thải

• Thời gian vận hành lâu dài: Bể UASB trong xử lý nước thải cần thời gian để vi sinh vật phát triển và hoạt động hiệu quả. Thường mất từ ​​3 – 4 tháng để đạt được hiệu suất tối ưu.
• Phụ thuộc vào vi sinh vật: Hiệu suất của UASB phụ thuộc hoàn toàn vào vi sinh vật kỵ khí. Nếu vi sinh vật không phát triển tốt thì quá trình xử lý sẽ bị ảnh hưởng.
• Cần có nguồn điện liên tục
• Bể UASB trong quá trình xử lý nước thải cần có một diện tích lớn để xây dựng cũng như không phù hợp với những vùng lạnh

Hình 3: Bể UASB cần tích lũy để xây dựng

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả hoạt động của bể UASB

Nhiệt độ: 

• Nhiệt độ tối ưu cho bể UASB là từ 30 – 35°C.Vi sinh vật kỵ khí hoạt động hiệu quả nhất trong phạm vi nhiệt độ này.
• Nhiệt độ thấp (< 10°C) hoặc cao (> 35°C) có thể làm giảm tốc độ phân hủy.

Độ pH:

• Bể UASB trong xử lý nước thải hoạt động tốt nhất trong môi trường pH trung tính (pH 7 – 8).
• Độ pH thấp (< 6,5) hoặc cao (> 8,5) có thể ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật kỵ khí.
• Cần điều chỉnh pH nước thải trước khi đưa vào bể UASB.

Độ kiềm Carbonate.

• Độ kiềm Carbonate (HCO3-) đóng vai trò quan trọng trong công việc duy trì pH ở bể UASB trong xử lý nước thải.
• Độ kiềm cacbonat thấp (< 500 mg/L) có thể dẫn đến giảm độ pH, ảnh hưởng đến hoạt động của vi sinh vật kỵ khí.
• Cần bổ sung kiềm Carbonate nếu cần thiết.

Chỉ tiêu COD, TSS, FOGs

• Kiểm soát nồng độ COD, TSS, FOG theo thiết kế ban đầu.
• Tải trọng COD: 5 – 10 kgCOD/m3.d.
• TSS < 500 mg/l.
• LFOG < 1,0 kgFOG/m3.d.

Chỉ tiêu MLSS và MLVSS

• Duy trì nồng độ MLSS ổn định (30.000 – 50.000 mg/l) để đảm bảo đủ vi sinh vật xử lý nước thải.
• Duy trì tỷ lệ MLVSS/MLSS cao (> 0,4) để đảm bảo hiệu quả hoạt động của sinh vật.

Chất ức chế

Hầu hết các vi sinh vật sinh khí Metan trong bể UASB đều nhạy cảm và bị ức chế bởi các chất hợp chất/chất hóa học độc hại:

• VFAs (axit béo dễ bay hơi): là sản phẩm trung gian của giai đoạn Acid hóa. VFA ở mức cao (trên 1000 mg/l) có thể ức chế quá trình khí sinh học Metan.
• Chất tẩy rửa, chất hoạt động bề mặt: có thể phá hủy tế bào vi sinh vật.
• Chlorine: có thể tiêu diệt vi sinh vật.
• Loại nặng: có thể ức chế hoạt động của enzyme vi sinh vật.

Điều kiện áp dụng UASB trong xử lý nước thải

Công nghệ xử lý nước thải UASB cần giàu thủ công các điều kiện sau để hoạt động hiệu quả:

• Trạm nuôi cấy : Nông trại nuôi cấy tối thiểu là 10kg VSS/m3 để đảm bảo sự phát triển và hoạt động của vi sinh vật hạt khí trong bể.
• Hàm lượng chất hữu cơ: Nếu hàm lượng COD trong nước thải vượt quá 50.000mg/l, cần phải pha nước thải trước khi đưa vào bể UASB để đảm bảo quá trình xử lý hiệu quả.
• Chất dinh dưỡng: Sự cân đối giữa các chất dinh dưỡng cũng là yếu tố quan trọng. Tỷ lệ N:P:S nên được duy trì ở mức 5:1:1 để tạo điều kiện tối ưu cho vi sinh vật phân tích chất hữu cơ.
• Hàm lượng chất rắn rắn rồng: Hàm lượng SS cao trong nước thải không phù hợp cho công nghệ UASB, cần thực hiện các bước xử lý trước như tam giác cát hoặc bộ kết cấu để loại bỏ chất rắn rắn trước khi nước được đưa vào UASB.
• Độc tố trong nước thải: Nước thải chứa các chất độc hại như amoni > 2000mg/l, sulphate > 500mg/l hoặc nồng độ muối cao (5.000 – 15.000 mg/l) không phù hợp với quá trình xử lý trong bể UASB, cần phải loại bỏ hoặc giảm thiểu các chất độc hại này trước khi xử lý.

Hình 4: Điều kiện áp dụng UASB

Vận hành bể UASB

Một số lưu ý cơ bản khi vận hành bể UASB trong xử lý nước thải để đạt được hiệu quả xử lý tốt nhất:

• Đảm bảo số lượng bể chứa không vượt quá 60% bể chứa.
• Nuôi cấy trong bể cần đạt ít nhất 10kg VSS/m3.
• Thực hiện phân tích nước thải với đầy đủ thông tin, bao gồm nhiệt độ, chất hữu cơ và khả năng phân hủy sinh học.
• Sử dụng bể UASB chỉ khi hàm lượng COD > 50.000 mg/l.
• Chế độ tồn tại của chất thải cặn lơ trong bể, vì chúng khó phân hủy trong quá trình xử lý.
• Chế độ tồn tại của chất thải cặn lơ trong bể, vì chúng khó phân hủy trong quá trình xử lý.

>>>Xem thêm: Công ty xử lý nước thải tại TpHCM, Bình Dương 

Tóm tắt lại, bể UASB là một công nghệ có hiệu quả cao trong xử lý nước thải. Bể UASB có chi phí xây dựng thấp, vận hành đơn giản và xử lý hiệu quả cao, có thể tăng tới 90% đối với BOD và COD. Bể lý UASB cũng có khả năng xử lý nồng độ nước thải cao, phù hợp với các nhà máy xử lý nước thải quy mô lớn. Bể UASB trong xử lý nước thải đã được ứng dụng rộng rãi trên thế giới, góp phần đáng kể vào việc bảo vệ môi trường và nâng cao chất lượng nước.