Cấu Tạo, Nguyên Lý Hoạt Động Của Bể UASB, Bể Kị Khí như thế nào?

Bể UASB được hoạt động theo nguyên lý kị khí. Với cấu tạo đơn giản cũng như hiệu quả cao trong xử lý các chất hữu cơ nên hiện nay được sử dụng trong rất nhiều hệ thống xử lý nước thải.

UASB là viết tắt của từ tiếng anh Upflow Anaerobic Sludge Blanket. Khi sử dụng bể UASB thì nước thải sẽ được dẫn vào bể từ phía đáy bể. Tiếp theo nước thải cho qua lớp bùn kị khí. Lớp bùn kị khí được cấu tạo từ các hạt lớn, nhỏ theo tỷ lệ nhất định. Nhằm tăng quá trình tiếp xúc bùn và nước thải. Qua đó, tăng hiệu quả xử lý chất hữu cơ, giảm nồng độ ô nhiễm của nước thải.

Bể UASB
Bể UASB được ứng dụng rất nhiều trong thực tế

Cấu tạo Bể UASB như thế nào?

Được xây dựng hình chữ nhật bằng bê tông cốt thép khá đơn giản. Khi dẫn nước thải vào bể để tách lượng khí còn sót lại trong bể thì được bố trí các tấm chắn, đặt nghiêng > 35o so với phương ngang.

Hệ thống UASB được cấu tạo các bộ phận sau:

  • Bộ phận cấp nước thải vào bể xử lý;
  • Bộ phận máng thu nước sau xử lý;
  • Bộ phận tách thu khí;

Với đặc điểm của quá trình kị khí là hiệu quả xử lý của hệ thống sẽ tỷ lệ thuận với nhiệt độ. Nên với điều kiện thời tiết Việt Nam được sử dụng rất nhiều.

Bể UASB có nguyên lý hoạt động ra sao?

Trước khi nước thải dẫn vào bể UASB sẽ được điểu chỉnh pH ở mức 6,6 -7,6. Đảm bảo sự sinh trưởng và phát triển của vi sinh vật kị khí của lớp đệm.  Nước thải sẽ được dẫn qua các đường ống cấp dưới đáy bể với vận tốc 0,6 – 0,9 m/s.

Khi dẫn thông qua lớp bùn trong bể, sẽ xảy ra quá trình tiếp xúc giữa nước thải và bùn. Quá trình phát triển sinh khối bằng các vi sinh vật sử dụng các chất ô nhiễm. Qua đó tạo thành sinh khối mới và CH4. Lượng khí metan sẽ được bám vào bùn và nổi lên trên bề mặt của bể.

Nguyên lý hoạt động bể UASB
Nguyên lý hoạt động bể UASB

Để tách lượng khí bám dính trên bùn, trong bể UASB được lắp các vách nghiêng, có góc nghiêng > 35o so với phương nằm ngang. Tại các tấm nghiêng xảy ra hiện tượng tách pha khí – rắn – lỏng.

Đển  hấp thị triệt để hiệu quả nhất lượng khí trên thì dẫn hỗn hợp khí qua dung dịch NaOH từ 5% – 10%;

Bùn có kích thước lớn sẽ lắng xuống phía dưới do tách hoàn toàn bóng khí;

Nước thải sau khi tách bìn được chảy qua màng răng cưa, qua bể tiếp theo.

Cơ chế quá trình xảy ra trong bể UASB như thế nào?

Quá trình xảy ra trong bể UASB được trải qua 3 giai đoạn cơ bản.

Giai đoạn 1: Quá trình thủy phân, cắt mạch phân tử các chất hữu cơ cao phân tử thành các chất hữu cơ ngắn hơn.

Giai đoạn 2: Quá trình axit hóa các chất hữu cơ đơn giản được tạo thành ở giai đoạn 1;

Giai đoạn 3: Metan hóa các sản phẩm được tạo thành ở giai đoạn 2 thành các khí CH4 và CO2;

Giai đoạn 1: Thủy phân, cắt mạch các hợp chất cao phân tử.

Dưới tác dụng của enzyme được hình thành khi các loại vi khuẩn kị khí phát triển. Các hợp chất hữu cơ, phức chất polysaccharides, proteins, lipids sẽ được chuyển hóa thành các hợp chất hữu cơ đơn giản hơn. Hoặc một số trường hợp hình thành 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

Các Vi khuẩn tiến hành 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 giảm xuống đến 4.0.

Giai đoạn 3: Metan hóa

Chuyển từ sản phẩm đã metan hóa ở giai đoạn 2 thành khí (CH4 và CO2) bằng nhiều loại vi khuẩn kỵ khí.
Các phương trình phản ứng xảy ra:

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.

Ưu điểm bể UASB như thế nào?

Sử dụng bể UASB thì mang lại nhiều ưu điểm cho quá trình xử lý như sau:

  • Khối lượng bùn sinh học trong bể kị khí giảm nên chi phí xử lý bùn cũng thấp hơn;
  • Trong quá trình metan hóa, sinh ra lượng khí CH4 tương đối lớn. Nếu tận dụng lượng khí metan. Thì  đây là nguồn năng lượng mang lại lợi ích kinh tế cao;
  • Tải lượng hữu cơ của bể rất cao có thể COD đến 4000 mg/l hoặc BODđến 500 mg/l. Trong nước thải có tải lượng hữu cơ cao, thì chỉ có thể hoạt động bằng UASB chứ không thể thực hiện được bằng phương pháp hiếu khí khác như: bể Aerotank hoặc mương oxy hóa. Trong trường hợp bất khả kháng thì chỉ có thể thực hiện bằng sử dụng bể Aerotank cao tải.
  • Thể tích xây dựng bể UASB nhỏ do Tải lượng của bể UASB có thể chịu được rất cao. Có thể lên đến gấp 10 lần so với bể Aerotank.
  • Sử dụng Bể UASB để xử lý được các chất hữu cơ độc hại. Và đặc biệt là các chất hữu cơ khó phân hủy;
  • Bể UASB có thể chịu được sốc tải. Bên cạnh yếu tố có khả năng chịu tải lượng cao.
  • Do chịu được tải trọng cao nên công trình xây dựng nhỏ. Do đó, Chi phí xây dựng, đầu tư tương đối thấp.
  • 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.\\
Bể UASB có nhiều ưu điểm
Bể UASB có nhiều ưu điểm trong thực tế

Nhược điểm bể UASB như thế nào?

  • Khởi động bể UASB với thời gian từ 3 – 4 tháng. Do bùn vi sinh trong bể UASB khó thích ứng với môi trường mới;
  • Hiệu suất xử lý không cao. Khó can thiệp cũng như không thể khống chế quá trình phản ứng do là quá trình phản ứng sinh học;
  • 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. Đã hình thành lượng khí metan bám dính lên bề mặt của hạt bùn gây nên hiện tượng bùn nổi. 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:

  • Thường xuyên kiểm tra khả năng lắng của bùn hoạt tính. Để duy trình hiệu quả tốt quá trình phản ứng phải Đảm bảo bùn hoạt tính lắng tốt.
  • Bộ phận tách khí – rắn – long phải có độ nghiêng phù hợp. Nhằm đảm bảo lượng bùn rửa trôi không ra khỏi bể.
  • Tại khu vực lắng cần có thời gian lưu nước đủ lớn. Tốc độ 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.
  • Hệ thống phân phối nước thải được thiết kế hợp lý. Nhằm đảm bảo khả năng tiếp xúc tốt nhất giữa nước thải – bùn.
  • Lượng khí metan sinh ra sẽ có tác dụng xáo trộn toàn bộ trong bể nên không cần thiết phải sử dụng phương pháp khuấy.
Khi vận hành cần phải nắm rõ nguyên lý hoạt động
Khi vận hành cần phải nắm rõ nguyên lý hoạt động

Một số lưu ý khi vận hành bể UASB trong thực tế

  • Lượng bùn cho vào không nhiều hơn 60% thể tích bể. Khối lượng bùn đưa vào nuôi cấy ban đầu cần phải đạt tối thiểu 10 kg VSS/m3
  • 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: (COD/Y) : N : S = (50/Y) : 5: 1 :1 Trong đó: 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 đảm bảo > 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.

Vệ Sinh Nhanh 24h Là đơn vị hàng đầu Đà Nẵng về cung cấp giải pháp vệ sinh môi trường. Chúng tôi có đầy đủ nhân lực, thiết bị, kinh nghiệm nhằm thi công các công trình hệ thống xử lý nước thải. Trong bài viết trên, do được tổng hợp từ nhiều nguồn khác nhau nên không tránh khỏi thiếu sót. Hãy góp ý cho chúng tôi để bài viết ngày càng hoàn thiện hơn.

Nguồn https://vesinhnhanh24h.com