Bể UASB - Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Bể UASB là một dạng bể được hoạt động theo nguyên lý kị khí. Được viết tắt từ tiếng anh Upflow Anaerobic Sludge Blanket.
Bể kị khí nầy hoạt động với dòng nước thải cấp vào bể và được dẫn từ dưới lên trên thông qua lớp đệm bằng bùn hoạt tính bao gồm: các hạt bùn nhỏ, lớn nhằm tăng quá trình tiếp xúc giữa nước thải và bùn qua đó tăng quá trình phân hủy các chất hữu cơ ô nhiễm có trong nước thải.
Bể UASB được ứng dụng rất nhiều ở Việt Nam hiện nay
Cấu tạo Bể UASB :
Với kêt cấu đơn giản, bể UASB được xây dựng hình chữ nhật với bê tông cốt thép. Nhằm tách triệt để lượng khí có trong nước thải thì trong bể UASB sẽ lắp thêm các tấm chắn với độ nghiêng >35o so với phương ngang.
Bể UASB được cấu tạo từ các bộ phận chính như sau:
- Hệ thống cấp nước thải vào bể xử lý;
- Hệ thống máng thu nước sau xử lý;
- Hệ thống tách thu khí;
Trong bể UASB thì hiệu quả xử lý sẽ tỷ lệ thuận với nhiệt độ thực tế nên có khả năng áp dụng được điều kiện thực tế Việt Nam rất nhiều.
Cấu tạo chi tiết của bể UASB
Nguyên lý hoạt động Bể UASB:
- Nước thải sẽ được điều chỉnh pH đảm bảo duy trì ở 6,6 – 7,6 đảm bảo tốt duy trì cho quá trình phát triển của Vi sinh vật kị khí và sẽ được thông qua đường ống cấp cấp toàn bộ lượng nước thải vào bể UASB với vận tốc từ 0,6 – 0,9m.
- Khi đó hỗn hợp bùn và nước thải sẽ được tiếp xúc nhau và phát triển sinh khối bằng cách vi sinh vật sử dụng các chất ô nhiễm và tạo thành 70% đến 80% CH4. Lượng khí metan nầy sẽ được bám dính vào bùn và cùng với khí tự do nổi lên trên bề mặt.
- Nhằm tách lượng khí ra khỏi nước sau xử lý người ta đặt các tấm vách nghiêng, taik đây sẽ xảy ra hiện tượng tách pha khí – lỏng – rắn.
- Sau đó, nhằm hấp thụ triệt để lượng khí trên thì hỗn hợp khí sẽ được dẫn qua bình dung dịch NaOH từ 5 đến 10%.
- Bùn sau đó sẽ được lắng xuống do tách hoàn toàn khí.
- Nước thải theo màng tràn răng cưa dẫn đến bể xử lý tiếp theo.
Các giai đoạn xảy ra trong quá trình kỵ khí
– Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử thành các hợp chất hữu cơ đơn giản hơn.
– Giai đoạn 2: Axít hóa các hợp chất hữu cơ đơn giản đã tạo thành ở giai đoạn 1
– Giai đoạn 3: Metan hóa. Giai đoạn này chuyển từ sản phẩm đã meta hóa thành khí (CH4 và CO2) bằng nhiều loại vi khuẩn kỵ khí.
Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử.
Trong quá trình phát triển, dưới tác dụng của enzyme được tạo ra bởi các loại vi khuẩn kị khí thì các hợp chất hữu cơ, phức chất polysaccharides, proteins, lipids sẽ chuyển hóa thành các hợp chất hữu cơ đơn giản hơn hoặc các chất hòa tan như: đường, các amino acid, acid béo
Quá trình này xảy ra chậm. Tốc độ thủy phân phụ thuộc vào pH, kích thước hạt và đặc tính dễ phân hủy của cơ chất.
Giai đoạn 2: Axít hóa các chất hữu cơ đã tạo thành bởi giai đoạn 1
Vi khuẩn lên men chuyển hóa các chất hòa tan thành chất đơn giản như acid béo dễ bay hơi, CO2, H2, NH3, H2S, acid lactic, methanol, và sinh khối mới.
Sự hình thành các axit có thể làm pH giảmxuống đến 4.0.
Giai đoạn 3: Metan hóa
Giai đoạn này chuyển từ sản phẩm đã metan hóa thành khí (CH4 và CO2) bằng nhiều loại vi khuẩn kỵ khí.
Các phương trình phản ứng:
- CH3COOH = CH4 + CO2
- 2C2H5OH + CO2 = CH4 + 2CH3COOH
- CO2 + 4H2 = CH4 + 2H2O
Các protein có khả năng phân hủy bị thủy phân: NH3 + HOH = NH4- + OH-
Khi OH- sinh ra sẽ phản ứng với CO2 tạo thành ion bicacbonat.
Nguyên lý hoạt động của bể UASB
Ưu điểm bể UASB:
Trong quá trình xử lý nước thải bẳng bể UASB thì mang lại nhiều ưu điểm như sau:
- Lượng bùn sinh học giảm nên chi phí xử lý bùn cũng thấp hơn;
- Sản sinh ra lượng khí CH4 tương đối lớn, nếu tận dụng được thì đây là nguồn năng lượng mang lại lợi ích kinh tế cao;
- Có thể xử lý được chất thải có hàm lượng hữu cơ cao có thể COD đến 4000 mg/l hoặc BOD đến 500 mg/l. Nếu tải lượng hữu cơ cao như vậy chỉ có thể hoạt động bằng UASB chứ không thể thực hiện được bằng phương pháp hiếu khí bằng bể Aerotank hoặc mương oxy hóa. Trong trường hợp bất khả kháng chỉ có thể thực hiện bằng sử dụng bể Aerotank cao tải.
- Tải lượng của bể UASB có thể chịu được rất cao, có thể lên đến gấp 10 lần so với bể Aerotank. Do đó, thể tích xây dựng bể UASB tương đối nhỏ hơn.
- Bể UASB có khả năng xử lý được các chất hữu cơ độc hại, các chất hữu cơ khó phân hủy;
- Đặc biệt, ưu điểm của bể Aerotank có thể chịu được sốc tải, có khả năng chịu tải lượng cao.
- Chi phí xây dựng, đầu tư tương đối thấp do có khả năng chịu tải lượng cao;
- Bùn kị khí có thể phục hồi, hồi phục sau thời gian hoạt động dài nên có thể hoạt động gián đoạn hoặc khởi động lại sau thời gian dài không hoạt động.
Nhược điểm bể UASB
Nói về ưu điểm bể UASB nhiều như vậy nhưng không phải không có nhược điểm. Nhược điểm của bể UASB như sau:
- Quá trình khởi động lâu, có thể khởi động thời gian từ 3 – 4 tháng vì bùn vi sinh khó thích ứng với môi trường mới;
- Hiệu suất xử lý không cao, do đặc trưng là quá trình phản ứng sinh học nên khó can thiệp cũng như không thể khống chế quá trình phản ứng;
- Lượng khí sinh ra phụ thuộc nhiều vào quá trình phản ứng vi sinh vật nên không ổn định;
- Do quá trình phản ứng trong lớp bùn kị khí nên đã hình thành lượng khí metan bám dính lên bề mặt của hạt bùn. Do đó cần có thiết bị tách lượng khí ra khỏi bùn để bùn có thể lắng được trong bể.
Để tăng hiệu quả hoạt động UASB thì cần phải nắm những nguyên tắc như sau:
- Cần phải thường xuyên đánh giá khả năng lắng của bùn hoạt tính, đảm bảo bùn hoạt tính lắng tốt nhằm duy trì hiệu quả quá trình xử lý;
- Bộ phận tách khí – rắn để đảm bảo lượng bùn rửa trôi không ra khỏi bể. Tại phần lắng cần có thời gian lưu nước đủ lớn và phân phối, thu nước hợp lý nhằm hạn chế dòng chảy. Khi đó, hạt bùn sau khi tách khí sẽ lắng xuống dưới đáy và tiếp tục phản ứng.
- Thiết kế hệ thống phân phối nước thải nhằm đảm bảo khả năng tiếp xúc tốt nhất giữa nước thải – bùn.
- Không cần thiết phải thực hiện phương pháp khuấy cơ khí vì lượng khí metan sinh ra sẽ có tác dụng xáo trộn toàn bộ trong bể.
Bể UASB là công trình xử lý nước thải phổ biến nhất hiện nay
Một số lưu ý khi vận hành bể UASB trong thực tế
- Khối lượng bùn đưa vào nuôi cấy ban đầu cần phải đạt tối thiểu 10 kg VSS/m3. Lượng bùn cho vào không nhiều hơn 60% thể tích bể.
- Nếu nước thải có COD quá thấp thường là nhỏ hơn 100 mg/l thì không nên sử dụng UASB, nếu COD > 50.000 mg/l thì cần phải pha loãng nước thải hoặc pha loãng bằng nguồn nước đầu ra.
- Đối với chất dinh dưỡng thì nồng độ yêu cầu được tính theo tỷ lệ như sau: (COD/Y) : N : S = (50/Y) : 5: 1 :1 Y là hệ số sản lượng tế bào phụ thuộc vào loại nước thải. Đối với nước thải dễ acid hóa Y= 0.03, khó acid hóa Y= 0.15.
- Hàm lượng chất rắn lơ lửng không được quá cao, thông thường SS> 3000 thì cản trở quá trình phân hủy sinh học
- Không sử dụng UASB cho việc sử dụng để xử lý các nước thải chứa độc tố cao đặc biệt là chất độc, muối.
Gmail: canthovital@gmail.com
Phone: 0939 100 442
Không có nhận xét nào